Больше чем Хакатон

Когда на первых же часах хакатона отчислилась одна команда, мы приуныли. Но в итоге все оказалось не так плохо.

Меня зовут Артём. Сегодня я расскажу про наш кейс на национальном студенческом хакатоне Цифровой суверенитет 3.0. Подробнее про него можно почитать на сайте https://цифровой-суверенитет.рф.

В общей сложности на хакатон, который проходил на территории РТУ МИРЭА, зарегистрировалось и прошло отбор 270 человек.

Это студенты следующих учебных заведений.

На кейс от компании Аквариус записались 11 команд. Он звучал следующим образом:

Визуальная среда разработки для микроконтроллеров «Рудирон»

Разработать программное обеспечение для визуального программирования контроллера «Рудирон». Критерии:

• Целевая аудитория — дети 5–8 лет.

• Основной функцией должно быть создание программ посредством использования блочного программирования (использование отдельных блоков, каждый из которых отвечает за выполнение своей функции).

• Под разработкой так же подразумевается модификация/доработка готовых решений блочного программирования для работы с контроллером «Рудирон».

К защите принимаются завершенные проекты. Вне зависимости от количества функций, наибольший приоритет получит самое стабильное рабочее решение.

Курировал и оценивал работы студентов Юрий Денисов, руководитель отдела разработки робототехники компании.

В рамках кейса для выполнения задания участникам были предоставлены контроллеры «Рудирон».

Краткое описание и характеристики

РОССИЙСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС Рудирон

• 32-разрядный 80 МГц, 128 кБ Flash, 32 кБ ОЗУ;

• ШИМ — 9 каналов, АЦП — 6 каналов, ЦАП — 1 канал, Компаратор;

• Интерфейсы — CAN, UART, RS485;

• Количество цифровых портов — 37;

• Питание 5 В USB, 6–18 В Jack 2.5;

• Прямое подключение — MPU6050, NRF2401, ESP8286, BMP-180;

• Программирование в Arduino IDE, Visual Studio Code;

Построен на базе отечественного 32-разрядного микроконтроллера К1986ВЕ92 с тактовой частотой 80 МГц.

• ПЗУ 128 кБ — ОЗУ — 32 кБ;

• Количество портов с ШИМ — до 9. Количество каналов АЦП

• Внутрисхемная отладка – используется разъем на плате для подключения J-Link программатора и пошаговой отладки с просмотром содержимого микроконтроллера.

  Контроллер входит в ЕРРРП. Регистрация ГИСП https://gisp.gov.ru/goods/#/product/4582015

  Более подробное описание есть на сайте https://рудирон.рф.

Комментарии к заданию

Уже на старте мы предложили студентам выбрать один из двух путей решения задачи:

1. Написать программу, которая преобразует блоки в листинг кода и загружает его на контроллер.

2. Используя протокол Firmata, наладить обмен данными между контроллером и компьютером, обеспечив взаимодействие в реальном времени.

Каждый подход имеет свои тонкости.

В первом варианте командам предстояло разработать систему конвертации функциональных блоков в строки кода, а также разобраться в нюансах формирования файла программы и загрузки его на контроллер. К счастью для команд, вся документация находится в открытом доступе.

Второй вариант грозил участником адаптацией протокола Firmata под «Рудирон», а также последующей настройкой взаимодействия среды блочного программирования и контроллера.

Для обоих подходов были выставлены требования по работоспособности:

С учетом целевой аудитории программы (см. ТЗ кейса), функционал программы минимум перекрыл бы 70% потребностей. С ним можно мигать светодиодом, вращать двигателем, обрабатывать нажатие кнопок и даже взаимодействовать с датчиками! Если добавить вращение сервоприводом, то с таким набором юный инженер сможет хоть ракеты в космос запускать!

Но мы хотим работать красиво и желаем того же нашим детям. Поэтому в рамках задания составили список дополнительных модулей:

С таким набором вводных мы направили команды работать над решением.

Красота и работоспособность

Комментируя задание, мы просили участников проработать красоту решения.

Не прошло и 10 минут, как на экспертов компании Аквариус посыпались вопросы по кейсу.  «А насколько красиво?» стал самым популярным. Предупреждая один из бичей студенческих хакатонов «Дизайн ради дизайна», мы заняли четкую позицию: «Красота = работоспособность; для нас на первом месте стоит результат». Мы надеялись, что такая установка позволит участникам больше погрузиться в работу с контроллером.

По результатам первого дня команды разделились на две глобальные группы: создание своего приложения с нуля и доработка готового решения (да, такое было разрешено) в пропорции 60/40.

В первой группе основным языком программирования стал Python, в частности, инструмент PyQt. Некоторые команды выбрали Rust для написания своего приложения. Особо выделился проект разработки расширения для VS Code с подключением блочного программирования, не выходя из редактора кода.

Во второй группе большинство команд выбрали использование протокола Firmata и доработку программы Snap4Arduino.

Второй день прошел без особых событий. Участники писали код, ели пиццу и заливались энергетиками, как и полагается молодым специалистам.

Прежде чем переходить к описанию самих решений, нужно заметить, что наша ставка сыграла! Данная в начале хакатона установка «Красота = работоспособность» помогла участникам сэкономить время на разработку дизайна и погрузиться в работу с контроллером и программой. Почти все команды, дошедшие до финала, смогли реализовать минимальный набор функций. Хотя иногда мы замечали, как фронтендеры из числа участников скучают и хрустят печеньками, запивая их чаем.

Работоспособные решения

Самое интересное – проверка работ участников - случилось на третий день.

Несмотря на то, что удачные решения повторялись у большинства команд, многие из них предложили уникальный подход.

Команда, занявшая 6 место, взяла за основу сервис blokly. Он позволил вообще не тратить силы на создание блоков. Основным языком разработки они выбрали JavaScript.

По результатам оценки эксперты вынесли такой вердикт: разработанное приложение имеет все модули, упомянутые в техническом задании. Программа создает листинг кода на основе использованных блоков. Но при этом команда не смогла показать работоспособность каждого блока, из-за чего не получила максимальный балл. Решение хорошо адаптировано под целевую аудиторию и им удобно пользоваться, но его масштабируемость оставляет желать лучшего.

Команда, занявшая 5 место, решила писать приложение и создавать блоки самостоятельно. В их варианте за каждым блоком был закреплён json файл. Из этих файлов по итогу выполнения программы собирался листинг кода на языке С++.

Особенностью их решения стала ДВУХЭТАПНАЯ обработка json файла. На первом этапе программа из функциональных блоков переводилась в json в человекочитаемом формате, а на втором еще раз преобразовывалась в состояние, подходящее для обработки машиной. Не смотря на наличие большинства требуемых блоков, критические баги и чрезмерная усложненность алгоритма формирования программы позволили команде занять только 5 место.

4 место заняла команда, которая при других условиях оценки заслуживала бы разделить 3 место со своим оппонентом. Участники этой команды взяли за основу программу Snap4Arduino и занялись написанием модуля, который позволил бы контроллеру «Рудирон» общаться с ней с помощью протокола Firmata. Основной загвоздкой для ребят стало описание контроллера. Одна из его особенностей – два аппаратных UART. Из-за этого им пришлось поломать голову.

3 место. Тройку финалистов открыла команда, создавшая расширения для VS Code. Интересной особенностью стало то, что программу для загрузки в контроллер создавали не только блочные структуры. Управляющие команды (зажечь светодиод, подать напряжение на выход, считать значение с кнопки и т.д.) мог посылать человек.

Дополнительные баллы ребята заработали тем, что сделали как десктопную, так и Web версию программы. Мелкие ошибки и баги не дали получить максимальное количество балов за практическую часть, однако набранные очки все же вывели их на третье место.

2 место. Одно из двух призовых мест заняла команда, притащившая на соревнования для программистов осциллограф. Свое решение они сделали с использованием фреймворка Electron. За три дня, отведенных на выполнение задания, ребята реализовали функционал, описанный в ТЗ, а также блоки для работы со встроенными кнопками и светодиодами. Дополнительных блоков не было, на чем ребята потеряли несколько баллов.

Весьма запоминающимся стал процесс проверки: для тестирования работы аналоговых выводов участники принесли осциллограф – он использовался для формирования синусоиды. А основным препятствием стал дизайн. Ребята попали в парадоксальную ситуацию: если бы они уделили больше времени адаптации дизайна под целевую аудиторию, они бы не заработали столько баллов, сколько получили за техническую часть. Но именно баллов за продуманность дизайна им и не хватило для победы.

Переходя к первому месту, хотелось бы в подробностях рассказать об использованных технологиях, однако решение оказалось до банальности простым. Победители объединили все самое лучшее и смогли минимизировать проблемы. В качестве основы они использовали Snap4Arduino, быстро разработали программу для взаимодействия контроллера с компьютером по протоколу Firmata, а также получили дополнительные баллы за реализацию работы встроенных светодиодов и кнопок с помощью отдельных блоков. Что самое важное, они тестировали свою программу достаточно, чтобы она выполнялась без ошибок во время проверки.

После оценки работ экспертами состоялось награждение, на котором победитель и призер кейса от ООО «ПК Аквариус», кроме модных бомберов и великолепных книг по квантовым вычислениям, получили еще и приглашение на стажировку в отдел разработки робототехники.

Аквариус | Больше чем старт!