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【賽昉科技昉·星光RISC-V單板計(jì)算機(jī)試用體驗(yàn)】運(yùn)行邊緣AI框架——TFLM

開發(fā)板試用精選 ? 來源:開發(fā)板試用 ? 作者:電子發(fā)燒友論壇 ? 2022-11-14 14:32 ? 次閱讀
本文來源電子發(fā)燒友社區(qū),作者:xusiwei1236, 帖子地址:https://bbs.elecfans.com/jishu_2289346_1_1.html

一、TFLM簡介

TFLM是TensorFlow Lite for Microcontrollers項(xiàng)目的簡稱,全稱翻譯過來就是“適用于微控制器TensorFlow Lite”。它是一個(gè)來自谷歌的邊緣AI框架,能夠運(yùn)行在單片機(jī)上。
來自官方的介紹:
TensorFlow Lite for Microcontrollers 是 TensorFlow Lite 的一個(gè)實(shí)驗(yàn)性移植版本,它適用于微控制器和其他一些僅有數(shù)千字節(jié)內(nèi)存的設(shè)備。它可以直接在“裸機(jī)”上運(yùn)行,不需要操作系統(tǒng)支持、任何標(biāo)準(zhǔn) C/C++ 庫和動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配。核心運(yùn)行時(shí)(core runtime)在 Cortex M3 上運(yùn)行時(shí)僅需 16KB,加上足以用來運(yùn)行語音關(guān)鍵字檢測模型的操作,也只需 22KB 的空間。
TFLM項(xiàng)目首頁:https://tensorflow.google.cn/lit ... s/overview?hl=zh-cn
TFLM代碼倉鏈接:https://github.com/tensorflow/tflite-micro

二、準(zhǔn)備工作2.1 燒錄系統(tǒng)
開始本篇之前,需要先下載、燒錄支持NVDLA驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)鏡像。
這里使用了社區(qū)**Houge_Langley**大佬制作的帶有NVDLA驅(qū)動(dòng)的Debian鏡像,下載連接:
http://ubuntu-riscv.litterhougelangley.club/ubuntu-impish/img/
Debian系統(tǒng)鏡像下載完成后,將Debian系統(tǒng)鏡像燒錄到SD卡上的操作和Fedora操作類似,這里不再贅述。
啟動(dòng)后,neofetch輸出:
pYYBAGK3zMyAAQBAAABlHq01nEU752.png


2.2 下載依賴
在PC的Linux系統(tǒng)上,運(yùn)行TFLM基準(zhǔn)測試之前,需要先安裝依賴的一些工具:
sudo apt install git unzip wget python3 python3-pip

2.3 設(shè)置pip源
將pip源設(shè)置為國內(nèi)源,可以加速pip包安裝,執(zhí)行如下命令:
pip config set global.index-urlhttp://mirrors.aliyun.com/pypi/simple/
pip config set global.trusted-host mirrors.aliyun.com
pip config set global.timeout 120

2.4 安裝Pillow庫
tflite-micro的benchmark編譯過程中會(huì)依賴python環(huán)境的pillow庫,對數(shù)據(jù)集的圖片進(jìn)行預(yù)處理。
執(zhí)行如下命令,安裝pillow庫: pip install pillow
安裝過程會(huì)編譯pillow包中的C/C++源代碼文件,速度較慢,耐心等待。
如果Pillow安裝過程報(bào)錯(cuò):The headers or library files could not be found for jpeg
需要先安裝libjpeg庫:apt-get install libjpeg-dev zlib1g-dev


三、在VisionFive上運(yùn)行TFLM3.1 下載TFLM源碼
下載tflite-micro源碼使用如下命令:
git clone <https://github.com/tensorflow/tflite-micro.git>

3.2 TFLM基準(zhǔn)測試說明
TFLM代碼倉的頂層的README.md中給出了benchmarks鏈接:
https://github.com/tensorflow/tflite-micro/blob/main/tensorflow/lite/micro/benchmarks/README.md
該文檔篇幅不長:
poYBAGK4ZAmAJeaZAACdbjT9aZU774.png

通過這個(gè)目錄我們可以知道,TFLM實(shí)際上提供了兩個(gè)基準(zhǔn)測試(實(shí)際有三個(gè)),分別是:
  • 關(guān)鍵詞基準(zhǔn)測試
    • 關(guān)鍵詞基準(zhǔn)測試使用的是程序運(yùn)行時(shí)生產(chǎn)的隨機(jī)數(shù)據(jù)作為輸入,所以它的輸出是沒有意義的
  • 人體檢測基準(zhǔn)測試
    • 人體檢測基準(zhǔn)測試使用了兩張bmp圖片作為輸入
    • 具體位于tensorflowlitemicroexamplesperson_detectiontestdata子目錄

3.3 TFLM基準(zhǔn)測試命令
參考”Run on x86”,在x86 PC上運(yùn)行關(guān)鍵詞基準(zhǔn)測試的命令是:
make -f tensorflow/lite/micro/tools/make/Makefile run_keyword_benchmark
在PC上運(yùn)行人體檢測基準(zhǔn)測試的命令是:
make -f tensorflow/lite/micro/tools/make/Makefile run_person_detection_benchmark
執(zhí)行這兩個(gè)命令,會(huì)依次執(zhí)行如下步驟:
  • 調(diào)用幾個(gè)下載腳本,下載依賴庫和數(shù)據(jù)集;
  • 編譯測試程序;
  • 運(yùn)行測試程序;
tensorflow/lite/micro/tools/make/Makefile代碼片段中,可以看到調(diào)用了幾個(gè)下載腳本:
pYYBAGK4ZB6AM6v-AADEv5gswUA578.png

flatbuffers_download.sh和kissfft_download.sh腳本第一次執(zhí)行時(shí),會(huì)將相應(yīng)的壓縮包下載到本地,并解壓,具體細(xì)節(jié)參見代碼內(nèi)容;
pigweed_download.sh腳本會(huì)克隆一個(gè)代碼倉,再檢出一個(gè)特定版本:
pYYBAGK4ZCuABD3CAAEYCKnfU8k965.png

這里需要注意的是,代碼倉https://pigweed.googlesource.com/pigweed/pigweed國內(nèi)一般無法訪問(因?yàn)橛蛎鹓ooglesource.com被禁了)。將此連接修改為我克隆好的代碼倉:https://github.com/xusiwei/pigweed.git可以解決因?yàn)閲鴥?nèi)無法訪問googlesource.com而無法下載pigweed測試數(shù)據(jù)的問題。

3. 4 Keyword基準(zhǔn)測試
關(guān)鍵詞基準(zhǔn)測試使用的模型較小,比較適合在STM32F3/F4這類主頻低于100MHz的MCU
這個(gè)基準(zhǔn)測試的模型比較小,計(jì)算量也不大,所以在PC上運(yùn)行這個(gè)基準(zhǔn)測試的耗時(shí)非常短:
poYBAGK4ZD2AYyq5AAGS36-5Bko417.png

可以看到,在PC上運(yùn)行關(guān)鍵詞喚醒的速度非常快,10次時(shí)間才2毫秒。
模型文件路徑為:./tensorflow/lite/micro/models/keyword_scrambled.tflite
可以使用Netron軟件查看模型結(jié)構(gòu):
poYBAGK4ZEyAdPNkAAB7aF50xgw363.png


3. 5 Person detection基準(zhǔn)測試
人體檢測基準(zhǔn)測試的計(jì)算量相對要大一些,運(yùn)行的時(shí)間也要長一些:
pYYBAGK4ZF6AYQQOAAGczPpTyzE269.png

pYYBAGK4ZGmAY4a5AAFpf5byb70838.png

可以看到,人像檢測模型運(yùn)行10次的時(shí)間是四千多毫秒,一次平均四十幾毫秒。
模型文件路徑為:./tensorflow/lite/micro/models/person_detect.tflite
同樣,可以使用Netron查看模型結(jié)構(gòu),模型結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜,這里不再展示。

四、和樹莓派3B+結(jié)果對比
我手頭還有一塊吃灰很久的樹莓派3B+,拿出來做個(gè)對比。

4.1 在樹莓派3B+上運(yùn)行TFLM基準(zhǔn)測試
在樹莓派3B+上運(yùn)行TFLM基準(zhǔn)測試,所需的操作和VisionFive的完全一致。由于關(guān)鍵詞識別的模型計(jì)算量太小了,這里直接跑一下人像檢測的模型,最終結(jié)果為:
poYBAGK4ZJ-AQr60AADk7MTySFk534.png

可以看到,在樹莓派3B+上的,對于有人臉的圖片,連續(xù)運(yùn)行10次人臉檢測模型,總體耗時(shí)4186毫秒,每次平均耗時(shí)418.6毫秒;對于無人臉的圖片,連續(xù)運(yùn)行10次人臉檢測模型,耗時(shí)4190毫秒,每次平均耗時(shí)419毫秒。

4.2 VisionFive和樹莓派3B+上TFLM基準(zhǔn)測試結(jié)果對比
結(jié)果匯總?cè)缦拢?br />
VisionFive V1 樹莓派3B+
有人臉平均耗時(shí)(ms) 477.6 418.6
無人臉平均耗時(shí)(ms) 476.9 419
CPU最高主頻(Hz) 1.0GHz 1.4G
從上表可以看到,在TFLM人像檢測模型計(jì)算場景下,VisionFive和樹莓派3B+單次計(jì)算耗時(shí)基本相當(dāng)。樹莓派3B+的CPU頻率比VisionFive要高出40%,VisionFive能跑出這樣的成績說明U74 RISC-V CPU核和ARM Cortex A53的單核計(jì)算能力上差距不大(TFLM是單線程的)。但是,樹莓派3B+有4個(gè)Cortex A53核心,而VisionFive V1只有兩個(gè)U74 CPU核心,因此在多線程計(jì)算性能上必然存在較大差距。

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