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ShuffleNet

本教程将引导你如何通过 CPU 在 RevyOS 系统上运行 ShuffleNet 模型。 ShuffleNet是一种轻量级卷积神经网络，专为移动设备和嵌入式设备等计算资源受限场景设计。

初始环境配置

在按照本教程操作前，请确保你已经完成了环境配置部分的内容。

示例代码获取​

本教程配套的示例代码已更新到 Github 中，使用 git 命令将其克隆到本地。

$ git clone https://github.com/zhangwm-pt/lpi4a-example.git

适用于本教程的代码位于 classification/shufflenet 目录下。

模型获取​

我们使用的模型来自 ONNX 模型仓库，可以通过以下命令下载 ShuffleNet 模型：

$ curl -LO https://raw.githubusercontent.com/onnx/models/main/validated/vision/classification/shufflenet/model/shufflenet-9.onnx
关于 Github 的网络代理

如果你在中国大陆访问 GitHub 时遇到网络问题，可以考虑使用网络代理工具来加速访问。

模型基本信息​

input nameoutput nameinput shapelayoutchannel orderscale valuemean values
gpu_0/data_0gpu_0/softmax_11, 3, 224, 224NCHWRGB0.017124, 117, 104

转换和编译模型​

在 x86 机器上，使用 HHB 工具将 ONNX 模型转换为适用于 RevyOS 的计算图和胶水代码。在进行下面的操作前，请确保你已经按照环境配置部分的内容启动 HHB 容器，并克隆好示例仓库。

HHB 转换模型​

在本步骤中，我们会将 onnx 模型转换为 HHB 平台能够使用的格式。

进入 classification/shufflenet 目录，执行以下命令：

$ hhb -D --model-file ./shufflenet-9.onnx \
    --data-scale 0.017 --data-mean "124 117 104"  \
    --board c920  --postprocess save_and_top5 \
    --input-name "gpu_0/data_0" --output-name "gpu_0/softmax_1" \
    --input-shape "1 3 224 224" --quantization-scheme float16
HHB参数说明
  • -D：指定 HHB 流程执行到生成可执行文件的阶段为止
  • --model-file：指定输入模型文件
  • --data-mean：指定均值
  • --data-scale：指定缩放值
  • --board：指定目标平台为 C920（CPU） 或 TH1520（NPU)
  • --input-name： 模型的输入 tensor 名
  • --output-name：模型的输出 tensor 名
  • --input-shape：模型的输入 tensor 形状
  • --postprocess：指定 HHB 生成的胶水代码的后处理行为。save_and_top5 表示保存输出结果，并且打印 top5 结果
  • --quantization-scheme：指定量化类型为 float16

你可以通过运行 hhb --help 查看所有可用的参数和选项。

关于 HHB 生成的文件

命令执行完成后，会在当前目录生成 hhb_out 子目录，里面的包括了 hhb_runtime model.c 等多个文件：

  • hhb.bm：HHB 的模型文件，包括了量化后的权重数据等信息
  • hhb_runtime：适用于开发板的可执行文件，由目录中的C文件编译而成
  • main.c：HHB 生成的示例程序的参考入口
  • model.c：HHB 模型结构表示文件，与模型结构相关
  • model.params：模型权重文件
  • io.c：HHB 生成的示例程序，包含读写文件的辅助函数
  • io.h：HHB 生成的示例程序，包含读写文件的辅助函数声明
  • process.c：HHB 生成的示例程序，包含图像预处理函数
  • process.h：HHB 生成的示例程序，包含图像预处理函数声明

更详细的 HHB 选项说明可以参考 HHB 用户手册中的命令行参数说明。

编译应用程序​

HHB 生成的胶水代码仅仅能够测试模型的功能。为了完成图像的前处理和后处理，我们利用 OpenCV 编写了一个应用程序来加载模型并执行推理。

在 classification/shufflenet 目录下，使用以下命令编译应用程序：

$ export OPENCV_DIR=../../modules/opencv/ # 配置 OpenCV 的路径
$ riscv64-unknown-linux-gnu-g++ main.cpp -I${OPENCV_DIR}/include/opencv4 -L${OPENCV_DIR}/lib   \
    -lopencv_imgproc   -lopencv_imgcodecs -L${OPENCV_DIR}/lib/opencv4/3rdparty/ \
    -llibjpeg-turbo -llibwebp -llibpng -llibtiff -llibopenjp2    -lopencv_core -ldl  \
    -lpthread -lrt -lzlib -lcsi_cv -latomic -static -o shufflenet_example
关于 OpenCV

本教程的示例代码中调用了 OpenCV 做模型输入的预处理，因此需要链接到预编译好的 OpenCV 静态库。请参照环境配置部分的内容，确保你已经安装了 OpenCV。

编译参数说明
  • -I../prebuilt_opencv/include/opencv4：头文件的搜索路径，指定到 opencv 的头文件路径
  • -L../prebuilt_opencv/lib: 库的搜索路径，指定到预编译好的 opencv 的二进制库路径
  • -lopencv_imgproc -lopencv_imgcodecs -lopencv_core：opencv 的库
  • -llibjpeg-turbo -llibwebp -llibpng -llibtiff -llibopenjp2 -lcsi_cv： opencv 的依赖库
  • -static：指定为静态链接
  • -o shufflenet_example：指定生成名为 shufflenet_example 的可执行文件

编译命令正确执行完成后会在示例目录生成 shufflenet_example 文件

上传并运行应用程序​

上传到开发板​

将本目录中的所有文件打包上传到开发板中。例如，可以使用 scp 命令将文件上传到开发板的 /home/debian/npu 目录下：

$ scp -r ../shufflenet/ debian@<开发板IP>:/home/debian/shufflenet/

你也可以采取其他方式上传文件，如使用 USB 存储设备或通过网络共享等。

运行程序​

进入开发板的 /home/debian/shufflenet 目录，确保你已经在 RevyOS 上安装了 SHL 库并配置了 LD_LIBRARY_PATH。然后运行以下命令：

$ ./shufflenet_example
hhb_runtime报错

如果运行时出现以下错误：

hhb_out/hhb_runtime: error while loading shared libraries: libshl_th1520.so.2: cannot open shared object file: No such file or directory

请确保你已经正确配置了 LD_LIBRARY_PATH。如果仍然出现此情况，请运行 pip show shl-python 检查 shl-python 版本。

如果版本显示为 3.x.x，说明 SHL 版本太高。Resnet50 程序需要 shl-python 2.x 版本。你需要降级安装 shl-python 版本：

$ pip install shl-python==2.6.17
关于 NPU 设备权限

如果运行时出现以下错误：

FATAL: could not open driver '/dev/vha0': Permission denied

请检查当前用户是否能够读写 NPU 设备 /dev/vha0 。你可以使用以下命令将设备权限改为 0666（所有用户可读写）：

$ sudo chmod 0666 /dev/vha0

建议配置 udev 规则来自动设置设备权限。你可以询问 AI 如何配置 udev 规则。

关于 NPU 推理运行时间过长的解释

理论上来说，程序的运行时间应当很短。然而，当你实际运行程序时会发现，程序的运行时间可能超过 5 分钟。这不是 NPU 等组件出现了问题，而是因为 HHB 运行时在 NPU 上第一次加载模型时会先进行 JIT 编译，这就导致程序第一次运行时间会很长。

然而，由于 HHB 运行时的设计缺陷，HHB 在每次运行时都会重新 JIT 编译模型，因此每次运行的时间都很长。

有关更多内容，请参考常见问题和解决方案。

样例输出如下：​

本教程中输入使用的是一个波斯猫的图片，预期 resnet50 的分类结果是第 283 项最大，对应于 Persian cat。 Persian cat

$ ./shufflenet_example
 ********** preprocess image **********
 ********** run model **********
Run graph execution time: 38.48979ms, FPS=25.98

=== tensor info ===
shape: 1 3 224 224
data pointer: 0x3077cbf0

=== tensor info ===
shape: 1 1000
data pointer: 0x306e8bb0
The max_value of output: 0.794922
The min_value of output: 0.000000
The mean_value of output: 0.001000
The std_value of output: 0.000639
 ============ top5: ===========
283: 0.794922
281: 0.079346
261: 0.024200
262: 0.021698
285: 0.015991
 ********** postprocess result **********
 ********** probability top5: **********
n02123394 Persian cat
n02123045 tabby, tabby cat
n02112350 keeshond
n02112706 Brabancon griffon
n02124075 Egyptian cat