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2023年5月24日 星期三

嵌入式「系統」不是純軟體,包含軟體與硬體(亦包含電路)。推薦全華科技出版的一本電子電路相關書籍


多年前還在讀碩士班時,覺得這本電子電路的書籍(如下圖,來源連結)很不錯(並非刻意幫該書籍打廣告)。雖然後來是以嵌入式系統軟硬體整合開發為主(包含沒有作業系統以及有作業系統的系統軟韌體開發以及周邊電路整合設計),但從高職開始接觸這些始終覺得很有親切感。


來源連結


不過印象深刻的是,當時在成功大學工程科學系資訊組(資訊工程與應用組)的研究所讀碩士班時,該組的所有師生,除了自己之外,幾乎完全沒有其他任何人對於類比電子電路有基礎及興趣....(甚至對數位電路有興趣的也不多),只有一位大學部專題生跟著我做一些相關方面。

其實對於物聯網(IoT)之中的感測單元/嵌入式系統來說,上述的方面絕對是重要的,否則如果一個IoT系統之中的感測電路子系統所產生的訊號是錯的,導致raw data是錯的,如果這些基本的輸入內容本身就是有問題的,根本不能期望用了(輸入到)什麼酷炫神奇AI演算法並以上層軟體整合執行之後,系統的結果就會正常,就好比人吃白飯,不可能會拉出金銀珠寶;又好比不可能用純語音訓練出來的語音model去做影像辨識、不可能沒有任何硬體單元之下就可以拿到感測資料(精確來說,世界上沒有甚麼「純軟體」這種事情,只是藉由可程式化的方式(分層)操控電腦這個「硬體系統」去完成功能)。但坦白說從碩士班許多同儕、業界的同事發甚至主管的狀況來看,「以為數據資料處理辨識演算法可以取代感測訊號處理電路」是某些純軟體的人有些觀念錯誤的地方(包含業界一些老闆和主管),但是成大工程科學系其實在大學部有一些電路相關的必修學科課程,也有微控制器系統相關的必選課程,但顯然對於許多人來說,修課的效果可能是極為有限,許多人其實有修過課,但就幾乎好像是沒修過一樣。而其實我在一些選擇走資訊軟體方向的電機系畢業學生身上也有看到一樣的狀況,並不是工程科學系的學生才有如此的狀況。

此外,也有一些具備電路、MCU韌體開發相關背景的資深業界主管,誤以為自己所做的系統不是嵌入式系統。換句話說,很多方面都問題來自於自身不擅長的跨領域問題(雖然以學校科系來說,工程科學系號稱是主打跨領域的系所)。

嵌入式系統是具備特定功能的電腦「系統」,包含硬體與軟體,絕對 不是 只有作業系統或者只有上層應用程式,很多人常誤以為嵌入式系統就是有跑作業系統軟體的系統,這也是常見的錯誤認知。事實上,多去查詢基本定義即可得知,歐美的專業領域課本也常列出,例如Muhammad Ali Mazidi等人所著作的「The 8051 Microcontroller and Embedded Systems (2nd Edition)」,從書名就可理解我上述所說,該原文書的進一步詳情可參考留言處,而這類原文書通常會將這些基本名詞的定義做出說明。

又要講實話了,台灣有很多人很愛嘴上談「學術」兩字,但是實際上似乎大多不太會想去把基本名詞定義給弄清楚,這是蠻奇怪的事情,如果重視學術就該有基本的嚴謹度,而不是只是把「學術」兩字掛在嘴巴上好像很高尚,但卻缺乏實質的內涵,偉大的工程開發貴在對細節的用心,包含這些名詞基本定義和用語。


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歡迎各方洽談合作,務實/踏實追求共好。

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2022年7月17日 星期日

感謝成功大學的侯廷偉教授,讓我能有回學校協助指導碩士班研究生的機會

回顧過去的幾年,很感謝國立成功大學工程科學系 (資訊工程與應用組&系統整合組)的 侯廷偉教授,讓我從成大畢業數年且從產業界(聯發科技集團&晶豪科技)離開之後,還能有回學校協助指導碩士班研究生(包含碩士一般生 及 在職碩專班生)的碩士論文/實務競賽/科技部產學計畫/分享業界技術經驗的這些合作機會,並讓我深入參與產學合作並能有機會擔任研發顧問。在這些過程中學到很多,目前這些過程都已結束一年左右,但還是非常感謝侯教授,這些過程也讓我有了能實現減少產學落差的機會。

以下是我在這兩三年內曾實際參與協助內容指導/內容修訂/研究題目規劃的碩士學位論文和學位論文內的誌謝內容。這些碩士畢業生都很優秀,謝謝他們的積極和配合。

 設計與實作支援Modbus指令優先排序功能的協定轉換物聯網閘道器
/ 工程科學系 /109/ 碩士
研究生: 劉川榮 指導教授: 侯廷偉  
https://thesis.lib.ncku.edu.tw/thesis/detail/535a60eaa2986ae5bdfe709c2e06e29a/?seq=13


• 基於嵌入式Linux比較與評估I/O事件通知機制
/ 工程科學系 /109/ 碩士
研究生: 詹凱程 指導教授: 侯廷偉  
https://thesis.lib.ncku.edu.tw/thesis/detail/fd8a75a88aa861be0bb1b0d3aadcc721/?seq=11


• 實作具MQTT協定的安全物聯網閘道器
/ 工程科學系 /109/ 碩士
研究生: 杜晉瑋
https://thesis.lib.ncku.edu.tw/thesis/detail/b3bf69104c87c233ef6fa02964a3ed69/?seq=10


• 設計實作基於狀態的過濾機制用於監控與資料採集系統
/ 工程科學系 /109/ 碩士
研究生: 林正益 指導教授: 侯廷偉  
https://thesis.lib.ncku.edu.tw/thesis/detail/63f2df92c7687ff12ea9a4e422a10e91/?seq=12



• SD記憶卡與NAND型快閃記憶體寫入機制之研究
/ 工程科學系 /109/ 碩士
研究生: 許富淞
https://thesis.lib.ncku.edu.tw/thesis/detail/2bacc1c5a20a104e80ba7ed1e8e11b2b/?seq=9



• 六自由度機器手臂設計實作與軌跡規劃
/ 工程科學系碩士在職專班 /108/ 碩士
研究生: 劉昇宏 指導教授: 侯廷偉
https://thesis.lib.ncku.edu.tw/thesis/detail/66f462e65be448914455118a9064cea6/?seq=17


• 於嵌入式系統中利用深度學習進行螺絲鎖附之異常偵測
/ 工程科學系碩士在職專班 /108/ 碩士
研究生: 柯勛耀 指導教授: 侯廷偉 鄧維光  
https://thesis.lib.ncku.edu.tw/thesis/detail/3f40075a5e151650916e420adfc14856/?seq=16


• 使用光體積變化描記圖偵測飢餓狀態
/ 工程科學系碩士在職專班 /108/ 碩士
研究生: 黃明志 指導教授: 侯廷偉  
https://thesis.lib.ncku.edu.tw/thesis/detail/07ef9435fafa77c85e8fa6457a771815/?seq=15


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未提供相片說明。

未提供相片說明。

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(註1: 其中有些人的碩士論文因牽涉到產學合作案的相關內容,所以暫時無法公開。)
(註2: 還有些過屬於純機械機構設計領域的題目的研究生,因為非我專長所以沒有指導到太多,就沒列出。)
(註3: 
主要只列出近兩三年的部份)


希望未來自己能更有能力去回饋母校母系及這些我所感恩的老師們。

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2022年7月15日 星期五

2年前回成大帶碩士生執行產學合作案的足跡



台灣的業界和學界各自還是有很多不同的文化和想法,要促成兩者合作成功,是真的要花不少心力。


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2022年1月28日 星期五

分想當年我的成大碩士論文內容的其中一小部分演算法應用推導過程之分享! 許多是基於我在技職教育體系時期的累積

當年在成大做碩士論文的研究內容時,在系統的設計上,應用到了幾個演算法,當時分別將其實作開發在穿戴式裝置(以單晶片微電腦/微控制器MCU為核心) 與 智慧型手機上。

其中使用到的一個演算法是一階RC Low Pass filter演算法 用在將訊號作data smoothing處理(因為這個步驟是實作在MCU上作為處理感測器訊號的資料前處理步驟,所以是數位離散化版本,基本上就是一次指數平均法Exponential Averaging),

在當時過程中有將這些式子做些簡單的推導以便複習和理解其用途效果,如圖片所示,這是當時寫下的推導筆記(寫在某張餐廳菜單紙的背面,因為這張紙是黃色比較顯眼就拿來寫推導),如下圖。



其實這些也是用到個人當年就讀高職修讀基本電學與在科技大學大一修讀電路學時期的相關基礎,無論是理論還是實作開發基礎,這大多是我在技職教育體系之中的累積。

上述這些是大多數從電機電子系出身的資訊工程(計算機)領域的人所極度不熟悉的東西。

所以,誰說技職體系沒有理論基礎?

雖然因為個人當年碩士畢業後到公司服務是負責Embedded Linux on SoC的系統的公版軟韌體開發和維護,因方向性質不同,所以沒啥機會直接用到上述那些內容。

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2022年1月27日 星期四

最近整理email,又看到當年成大電機系羅錦興教授鼓勵我去振興技職教育體系的建言!

最近整理email時,看到五年前(2017年)的1月26日,是從新竹搭車回到南部準備過年,順路回成大去拜訪當時任教於成功大學電機工程學系的羅錦興老師,當時羅老師介紹蠻多他在中醫醫學領域的優異研究成果,以及提到他那幾年規劃成立並擔任高雄的中山大學的醫學科技所所長的事,以及之後要去大陸的大學推廣中醫及其研究的事。在聊完之後,羅老師還很客氣的騎機車載我從成大自強校區到台南火車站。

羅錦興教授網頁:

https://jssmile19921112.wixsite.com/ncku-luolab/blank-2

羅錦興老師的學經歷簡介: https://jssmile19921112.wixsite.com/ncku-luolab/blank-2


在我們更之前的email討論之中,羅老師 提到 技職教育 對於台灣的重要性,並且鼓勵我回到技職教育去振興技職 (如下方圖片所示),至今一直讓我印象深刻。



羅錦興老師和我討論的email之中關於技職教育的相關內容

之後在羅老師轉至大陸廣州的中山大學任教的這幾年的期間,都還有透過email在聯絡,他偶爾會和我提到他的研究方向和成果,還曾經問過我是否有意願加入他主持的研究團隊。

他所樹立的教學研究典範和精神永存。回想起來也是有蠻多感觸,也很感謝他的鼓勵,這些鼓勵支持都是我的極大動力來源。目前我確實也已經走在推廣技職教育體系的志業之路上,而在未來也會繼續堅持下去。

希望技職體系還是要能務實自強。可惜的是,有心的人實在太少。

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2022年1月26日 星期三

【DFROBOT SKU:SEN0165 ORP氧化還原度感測器之訊號處理簡易OPA應用電路分析&驗證案例。誰說 高職沒有理論基礎? 】

雖然個人在當年碩士班畢業後在產業界所負責的工作內容,大多並不是專門從事純硬體電路開發,但過去在技職教育體系的電路基礎專業知識和技術累積,還是經常能實際用上的。

尤其我們做嵌入式系統設計、IoT系統設計的人,從硬體電路、底層韌體、開機啟動程式、(針對有作業系統的嵌入式系統)作業系統核心space和user space的驅動程式和應用程式、感測器應用、訊號處理、無線通訊技術應用、PC端的應用程式、行動裝置端的應用程式等等,都必須有一定了解,才能比較完整設計和整合系統架構。

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最近協助一位業界工程師理解一些感測器套件的整合應用,該套件包含一個感測器輸出訊號的處理電路,如下圖。

                       電路圖來源: ORP氧化還原度感測器套件之訊號處理電路的電路圖
https://image.dfrobot.com/image/data/SEN0165/OPR%20meter%20V1.0%20Schematic.pdf

在此,我用個人在15年前、就讀 高職電子科一年級 上學期的 一點點基本電學基礎(Kirchhoff's current law,克希荷夫電流定律) + 高職二年級的一點點 電子學 基礎 (OPA運算放大器的最基本觀念),

即可簡單分析計算一下 這款ORP氧化還原度感測器 和 pH感測器 套件 的 輸出訊號調整電路 的 第二級 (簡易的計算過程如下方照片所示)。

(誰說高職沒有理論基礎?  我這裡可能只是用到高職所學的所有電學理論的百分之一不到吧)

簡易電路分析計算過程 (使用克希荷夫電流定律)


並且,也使用對於初學者來說相當平易近人且強大的Tinkercad電路軟體模擬一下。


使用Tinkercad軟體進行電路模擬之結果畫面 (2V - 0V = 2 V)



使用Tinkercad軟體進行電路模擬之結果畫面 (2V - 0.5V = 1.5 V)


電學數學計算 + 模擬驗證  + 實際電路  

三個願望一次滿足,全部到位,這個簡單的小例子頗適合做為教材。

至於像是ORP感測器的應用原理 以及pH感測器的基本原理(範圍內接近線性特性與其描述式、校正原理和方式)、廠商提供的sample code是如何搭配等方面的內容較多,未來有機會再分享。

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我始終覺得,我們台灣的教育總是學得太多,但實際吸收、在畢業後能實際運用的內容似乎太少。這代表我們的教育的performance太差了。

不要小看這種簡單的小例子,雖然簡單,但是我在成功大學看過許多領域(例如資訊領域,還是很多題目需要硬體整合背景)的 教授們 (電機博士、資工博士、工程科學博士、機械博士等),大多是完全不太會這些東西的 (可能他們在當年修完課就忘光了)。

當然,他們「指導」的研究生們遇到這些狀況大多是只是用這種現成的硬體電路模組套件,而較少分析其原理,加上通常這種模組的官方網頁也不會講解電路設計原理。但是,其實若要將這些感測套件應用得「好」、理解這些訊號確切是對應到什麼感測值,搭配廠商提供的sample code到底在做甚麼,是不一定要自己從頭做啦,但是必須還是要有這些基礎知識背景去做些分析,這就是個很好的例子。


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2022年1月19日 星期三

【 以基礎電路角度看學術界/大學資訊領域在AIoT/IoT/嵌入式系統應用方向的問題,以及技職體系的關聯性】

 [以基礎電路角度看學術界/大學資訊領域在AIoT/IoT方向的問題,以及技職體系的關聯性]

學術界/大學裏頭 資訊領域的教授(大多是「電機」博士) 的學生/畢業生 所做的硬體電路,大多是慘劇一場(慘不忍睹),連訊號傳輸線的粗細都不知道會有影響 ,也看過有人把感測器的極細輸出訊號線或者電源線給亂折一通或綑成一綑 (看到真的會暈倒,但教授大多看不懂,所以不care),硬體電路大多亂做一通,包含許多這些領域的SCI期刊論文內容也是如此 (畢竟審查教授應該也沒有什麼電路經驗,雖然大多都是 電機工程博士)。 

從9年前接觸這些所謂的普通大學名校開始至今所看到的大多都是這樣。

不懂電機、不懂基本電路硬體觀念的「電機」博士教授,其實是真的很多。

實際原因是因為,號稱做資訊領域 的 電機博士教授,個人當年求學方向大多不在電路相關,大多是根本不碰電路理論基礎的,電路基礎會比 電子科電機科資訊科的高職生還差 (這是事實,了解過兩邊差一的人就會知道我在講啥),但他們在當教授之後,方向上可能會需要做系統(創意作品,例如AIoT/智慧物聯網類的系統/嵌入式系統應用),所以還是需要電路,但就只能叫很上層軟體背景的學生自己去弄 (大多是拿現成模組,但從中可以看出很多基礎觀念很「慘烈」,例如開發過程中的接線或量測之類的),所以就變成這樣了。於是就產生了上述情況。

又例如,在我個人接觸成功大學學生的經驗 (這幾年來協助指導成大多位研究所碩士生、大學部專題生、指導他們參加全國性的專業競賽以及他們的碩士論文題目和內容,我也在成大教授進行產學合作的公司兼任產品顧問、指導成大研究生完成產學合作案的技術開發,甚至輔導成大教授關於一些技術觀念基礎) ,我看過很多成功大學的研究所學生 (無論是成大大學部直升或從外校畢業來成大讀碩士班的都有、在讀大學時期大多都「修過」基礎的電路學、電子學的「課程/學分」,但其中很多人就好像跟完全沒修過基礎課程差不多!全部忘光光 或者在修什麼都不知道) ,他們其中有許多人完全不知道實際的交流電是怎麼一回事,看到我拿三用電表的交流檔位去量測教室或會議室的市電插頭的交流電,許多師生會怕(這些教授恐怕一輩子都沒親自量測過吧?),但其實,這些量測交流電壓訊號之類的事情,是我當年就讀高職一年級時期就常在做的,到後來就讀科技大學時期(大學階段),也曾經因為專題指導教授想要看一些題目功能需求,而經常會接觸到交流電 (包含一些實際的電路設計和製作)。

雖然這些硬體電路觀念,和我當年在成大碩士班畢業後到聯發科(晨星)當工程師所負責的機上盒、數位電視的OS系統軟韌體公版開發維護,似乎沒啥關係 (因為那個是偏向嵌入式Linux、嵌入式作業系統相關的軟韌體開發的工作)。但卻是我實際在技職體系的求學經驗,也是很實用的一些硬體電路相關基礎和觀念,其實在科技業開發軟韌體時,觀察很多同事的工作情況,也有很多與上述內容所呼應的相同感觸 (多數 普大畢業且走軟韌體方向的,大多缺乏硬體的實際基礎觀念和經驗)。

技職/高職學校的電子科、資訊科、電機科、控制科、冷凍科等科系的教育(理論與實作)大多偏向硬體電路 (統測電機與電子群的資電類和電機類),所以技職教育還是有特色和不可取代的地方,只要自己人不要自卑和內亂,一定有可以發揮之處。


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2021年11月30日 星期二

南開科技大學 與 Nantou.py使用者社群 所撰寫的優秀 Android App 藍牙技術參考文章! 科技大學絕對可以像這樣很務實傑出!

附件網頁 是 Nantou.py使用者社群 以及  南開科技大學 福祉中心&USR辦公室團隊的 優秀技術資料。

網址: https://cheng-min-i-taiwan.blogspot.com/2012/01/android-bluetooth-hellobtuartrs-232.html?fbclid=IwAR2lACoKm5QdZGtZz3upVE4HqebJto2UKbdgJX7kJGzOSfdQjgZ--n2m1FU

個人當年的 成功大學碩士論文(包含一些訊號處理演算法的整合應用開發、穿戴裝置的嵌入式系統開發、Android App開發等等) 之中,關於藍牙傳輸的Android App程式實作開發的部份,也有reference參考到這篇優秀的技術文章的相關內容! 這比一堆學術界的論文績效孩實際有用得多了!! 這些專業內容是很多普通大學名校電機資工系的教授們所不會的!

而我的下一屆成大碩士班學弟們,當時參加經濟部競賽的作品之中的藍牙傳輸的app的開發方面,一樣也有參考到這篇的內容!

南開科大 與 Nantou.py使用者社群 能有這類的技術分享,實在很優秀,就算名校(成功大學)的研究生甚至業界工程師做專案開發,也得來尋求參考這些專業技術研發資料!! 科技大學只要務實,就是可以這麼優秀! 只要務實,任何科大都可以在專業上表現得比名校大學還好!

註: 南開科技大學福祉中心 是由 南開科技大學 林正敏 副校長/教授 所主持。


9年前還在海科大讀大四時,推甄錄取 成功大學生物醫學工程系碩士班的小故事(面試時被問 工程數學)

小故事,覺得時間過得很快。

9年前,在高雄海洋科大讀大四上學期時,推甄研究所碩士班(一般生)。

 當時有報名 成功大學 生物醫學工程系碩士班(一般生)的 生醫電子組,這個組當時有40幾個人報名,正取人數是8人。

註: 成大的方面,我只報名兩個系所(生物醫學工程學系 和 工程科學系)。

而生醫電子組碩士班面試時,他們系當時的面試教授之一(同時也是當時成大生醫工程系的系主任)看到我大學的必修學科 「工程數學」 兩個學期的分數(95分、99分)之後,他說他剛好也在他們系上負責教工程數學,於是就當場問我傅立葉轉換的觀念(蠻親切的),我也當場回答出來,他很滿意。

後來放榜時,我是這個生醫電子組的 正取5 ,雖然後來我沒有選擇讀這個系所。


我在讀高雄海洋科大時,大學二年級 修 工程數學的課本是Erwin Kreyszig的Advanced Engineering Mathematics 9th edition (下方如照片所示),很多教授當年讀大學修工程數學時,課本也是這本書的較舊版本,這本算是bible等級的工程數學課本,



或者有些人是用另一位O'Neal作者寫的另一本工程數學Bible。

個人從大學開始很喜歡這些數學科目,常思考一些應付考試所需以外的數學意義。