TPU-MLIR的环境搭建和使用

1、开发环境配置

• Linux开发环境
  1. 一台安装了Ubuntu16.04/18.04/20.04的x86主机，运行内存建议12GB以上
  2. 下载SophonSDK开发包(v23.03.01)

（1）解压缩SDK包

sudo apt-get install p7zip
sudo apt-get install p7zip-full
7z x Release_<date>-public.zip
cd Release_<date>-public

（2）Docker 安装–TPU-MLIR环境初始化

# 安装docker
sudo apt-get install docker.io
# docker命令免root权限执行
# 创建docker用户组，若已有docker组会报错，没关系可忽略
sudo groupadd docker
# 将当前用户加入docker组
sudo gpasswd -a ${USER} docker
# 重启docker服务
sudo service docker restart
# 切换当前会话到新group或重新登录重启X会话
newgrp docker

提示：需要logout系统然后重新登录，再使用docker就不需要sudo了。

（3）创建docker容器并进入Docker

docker run -v $PWD/:/workspace -p 8001:8001 -it sophgo/tpuc_dev:latest

（4）加载tpu-mlir–激活环境变量

以下操作需要在Docker容器中。关于Docker的使用, 请参考 启动Docker Container 。

$ tar zxf tpu-mlir_xxxx.tar.gz
$ source tpu-mlir_xxxx/envsetup.sh

_xxxx表示的时tpu-mlir的版本号，envsetup.sh 会添加以下环境变量:

变量名	值	说明
TPUC_ROOT	tpu-mlir_xxx	解压后SDK包的位置
MODEL_ZOO_PATH	${TPUC_ROOT}/…/model-zoo	model-zoo文件夹位置, 与SDK在同一级目录

envsetup.sh 对环境变量的修改内容为:

export PATH=${TPUC_ROOT}/bin:$PATH
export PATH=${TPUC_ROOT}/python/tools:$PATH
export PATH=${TPUC_ROOT}/python/utils:$PATH
export PATH=${TPUC_ROOT}/python/test:$PATH
export PATH=${TPUC_ROOT}/python/samples:$PATH
export LD_LIBRARY_PATH=$TPUC_ROOT/lib:$LD_LIBRARY_PATH
export PYTHONPATH=${TPUC_ROOT}/python:$PYTHONPATH
export MODEL_ZOO_PATH=${TPUC_ROOT}/../model-zoo

2、编译ONNX格式模型

本章以 yolov5s.onnx 为例, 介绍如何编译迁移一个onnx模型至BM1684X TPU平台运行。

该模型来自yolov5的官网: https://github.com/ultralytics/yolov5/releases/download/v6.0/yolov5s.onnx

（1）准备工作目录、模型文件和数据

建立 model_yolov5s 目录, 注意是与tpu-mlir同级目录; 并把模型文件和图片文件都 放入 model_yolov5s 目录中。

操作命令如下:

$ mkdir model_yolov5s && cd model_yolov5s
$ cp $TPUC_ROOT/regression/model/yolov5s.onnx .
$ cp -rf $TPUC_ROOT/regression/dataset/COCO2017 .
$ cp -rf $TPUC_ROOT/regression/image .
$ mkdir workspace && cd workspace

这里的 $TPUC_ROOT 是环境变量, 对应tpu-mlir_xxxx目录。

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转换模型主要分两步（docker中执行）

（2）ONNX转MLIR

​ 一是通过 model_transform.py 将原始模型 转换成mlir文件；

如果模型是图片输入, 在转模型之前我们需要了解模型的预处理。如果模型用预处理后的npz文件做输入, 则不需要考虑预处理。 预处理过程用公式表达如下( x代表输入):

官网yolov5的图片是rgb, 每个值会乘以 1/255 , 转换成mean和scale对应为 0.0,0.0,0.0 和 0.0039216,0.0039216,0.0039216 。

模型转换命令如下:

$ model_transform.py \
    --model_name yolov5s \
    --model_def ../yolov5s.onnx \
    --input_shapes [[1,3,640,640]] \
    --mean 0.0,0.0,0.0 \
    --scale 0.0039216,0.0039216,0.0039216 \
    --keep_aspect_ratio \
    --pixel_format rgb \
    --output_names 350,498,646 \
    --test_input ../image/dog.jpg \
    --test_result yolov5s_top_outputs.npz \
    --mlir yolov5s.mlir \
    --post_handle_type yolo

转换过程输出内容：

最终生成${model_name}_in_f32.npz等文件如下：

（3）MLIR转FP32

​ 二是通过 model_deploy.py 将mlir文件转换成bmodel。

将mlir文件转换成f32的bmodel, 命令如下:

$ model_deploy.py \
    --mlir yolov5s.mlir \
    --quantize F32 \
    --chip bm1684x \
    --test_input yolov5s_in_f32.npz \
    --test_reference yolov5s_top_outputs.npz \
    --tolerance 0.99,0.99 \
    --model yolov5s_1684x_f32.bmodel

最终生成${model_name}_1684x_f32.bmodel等相关文件如下：

（4）MLIR转INT8模型

生成校准表

转INT8模型前需要跑calibration, 得到校准表; 输入数据的数量根据情况准备100~1000张左右。

然后用校准表, 生成对称或非对称bmodel。如果对称符合需求, 一般不建议用非对称, 因为 非对称的性能会略差于对称模型。

这里用现有的100张来自COCO2017的图片举例, 执行calibration:

$ run_calibration.py yolov5s.mlir \
    --dataset ../COCO2017 \
    --input_num 100 \
    -o yolov5s_cali_table

运行过程图：

运行完成后会生成名为 ${model_name}_cali_table 的文件, 该文件用于后续编译INT8 模型的输入文件。

编译为INT8对称量化模型

转成INT8对称量化模型, 执行如下命令:

$ model_deploy.py \
    --mlir yolov5s.mlir \
    --quantize INT8 \
    --calibration_table yolov5s_cali_table \
    --chip bm1684x \
    --test_input yolov5s_in_f32.npz \
    --test_reference yolov5s_top_outputs.npz \
    --tolerance 0.85,0.45 \
    --model yolov5s_1684x_int8_sym.bmodel

转换过程输出内容如下：

最终生成${model_name}_1684x_int8_sym.bmodel等相关文件如下：

编译为INT8非对称量化模型

转成INT8非对称量化模型, 执行如下命令:

$ model_deploy.py \
    --mlir yolov5s.mlir \
    --quantize INT8 \
    --asymmetric \
    --calibration_table yolov5s_cali_table \
    --chip bm1684x \
    --test_input yolov5s_in_f32.npz \
    --test_reference yolov5s_top_outputs.npz \
    --tolerance 0.90,0.55 \
    --model yolov5s_1684x_int8_asym.bmodel

编译完成后, 会生成名为 ${model_name}_1684x_int8_asym.bmodel 的文件。

效果对比

在本发布包中有用python写好的yolov5用例, 源码路径 $TPUC_ROOT/python/samples/detect_yolov5.py , 用于对图片进行目标检测。阅读该 代码可以了解模型是如何使用的: 先预处理得到模型的输入, 然后推理得到输出, 最后做后处理。 用以下代码分别来验证onnx/f32/int8的执行结果。

onnx模型的执行方式如下, 得到 dog_onnx.jpg :

$ detect_yolov5.py \
    --input ../image/dog.jpg \
    --model ../yolov5s.onnx \
    --output dog_onnx.jpg

f32 bmodel的执行方式如下, 得到 dog_f32.jpg :

$ detect_yolov5.py \
    --input ../image/dog.jpg \
    --model yolov5s_1684x_f32.bmodel \
    --output dog_f32.jpg

int8对称bmodel的执行方式如下, 得到 dog_int8_sym.jpg :

$ detect_yolov5.py \
    --input ../image/dog.jpg \
    --model yolov5s_1684x_int8_sym.bmodel \
    --output dog_int8_sym.jpg

int8非对称bmodel的执行方式如下, 得到 dog_int8_asym.jpg :

$ detect_yolov5.py \
    --input ../image/dog.jpg \
    --model yolov5s_1684x_int8_asym.bmodel \
    --output dog_int8_asym.jpg

最终生成检测图片文件如下：

四张图片检测精度对比如下:

由于运行环境不同, 最终的效果和精度与上图会有些差异。

问题–解决方案

mlir转F32 遇到的输出信息错误：

解决过程

错误1解决办法：

【原因分析】由于model_transform.py文件进行yolo的后处理，导致生成的两个npz文件的shape不一样，从而运行出错。

【解决办法】将model_transform.py运行命令修改后处理操作步骤即可。

（删除–post_handle_type yolo选项，默认后处理生成的npz文件的shape即可保持一致，成功生成FP32格式模型）

【解决过程】–分析错误，一步一步追踪错误原因

mlir_shell.py的runtime error

3、编译TFlite格式模型

首先，按照1中的环境配置进行设置；

以 resnet50_int8.tflite 模型为例, 介绍如何编译迁移一个TFLite模型至BM1684X TPU平台运行。

（1）准备工作目录、模型文件和数据

建立 model_resnet50_tf 目录, 注意是与tpu-mlir同级目录; 并把测试图片文件放入 model_resnet50_tf 目录中。

操作如下:

$ mkdir model_resnet50_tf && cd model_resnet50_tf
$ cp $TPUC_ROOT/regression/model/resnet50_int8.tflite .
$ cp -rf $TPUC_ROOT/regression/image .
$ mkdir workspace && cd workspace

这里的 $TPUC_ROOT 是环境变量, 对应tpu-mlir_xxxx目录。

（2）TFLite转MLIR

本例中的模型是bgr输入, mean为 103.939,116.779,123.68, scale为 1.0,1.0,1.0

模型转换命令如下:

$ model_transform.py \
    --model_name resnet50_tf \
    --model_def  ../resnet50_int8.tflite \
    --input_shapes [[1,3,224,224]] \
    --mean 103.939,116.779,123.68 \
    --scale 1.0,1.0,1.0 \
    --pixel_format bgr \
    --test_input ../image/cat.jpg \
    --test_result resnet50_tf_top_outputs.npz \
    --mlir resnet50_tf.mlir

转成mlir文件后, 会生成一个 resnet50_tf_in_f32.npz 文件, 该文件是模型的输入文件。

输出文件如下，转成mlir文件后, 会生成一个 resnet50_tf_in_f32.npz 文件, 该文件是模型的输入文件。

（3）MLIR转模型

该模型是tflite非对称量化模型, 可以按如下参数转成模型:

$ model_deploy.py \
    --mlir resnet50_tf.mlir \
    --quantize INT8 \
    --asymmetric \
    --chip bm1684x \
    --test_input resnet50_tf_in_f32.npz \
    --test_reference resnet50_tf_top_outputs.npz \
    --model resnet50_tf_1684x.bmodel

编译完成后, 会生成名为 resnet50_tf_1684x.bmodel 的文件。

4、编译Caffe格式模型

首先，按照1中的环境配置进行设置；

本章以 mobilenet_v2_deploy.prototxt 和 mobilenet_v2.caffemodel 为例, 介绍如何编译迁移一个caffe模型至BM1684X TPU平台运行。

（1）准备工作目录、模型文件和数据

建立 mobilenet_v2 目录, 注意是与tpu-mlir同级目录; 并把模型文件和图片文件都 放入 mobilenet_v2 目录中。

操作如下:

$ mkdir mobilenet_v2 && cd mobilenet_v2
$ cp $TPUC_ROOT/regression/model/mobilenet_v2_deploy.prototxt .
$ cp $TPUC_ROOT/regression/model/mobilenet_v2.caffemodel .
$ cp -rf $TPUC_ROOT/regression/dataset/ILSVRC2012 .
$ cp -rf $TPUC_ROOT/regression/image .
$ mkdir workspace && cd workspace

这里的 $TPUC_ROOT 是环境变量, 对应tpu-mlir_xxxx目录。

（2）Caffe转MLIR

本例中的模型是 BGR 输入, mean和scale分别为 103.94,116.78,123.68 和 0.017,0.017,0.017。

模型转换命令如下:

$ model_transform.py \
    --model_name mobilenet_v2 \
    --model_def ../mobilenet_v2_deploy.prototxt \
    --model_data ../mobilenet_v2.caffemodel \
    --input_shapes [[1,3,224,224]] \
    --resize_dims=256,256 \
    --mean 103.94,116.78,123.68 \
    --scale 0.017,0.017,0.017 \
    --pixel_format bgr \
    --test_input ../image/cat.jpg \
    --test_result mobilenet_v2_top_outputs.npz \
    --mlir mobilenet_v2.mlir

转换完成输出文件如下，转成mlir文件后, 会生成一个 ${model_name}_in_f32.npz 文件, 该文件是模型的输入文件。

（3）MLIR转F32模型

将mlir文件转换成f32的bmodel, 操作方法如下:

$ model_deploy.py \
    --mlir mobilenet_v2.mlir \
    --quantize F32 \
    --chip bm1684x \
    --test_input mobilenet_v2_in_f32.npz \
    --test_reference mobilenet_v2_top_outputs.npz \
    --tolerance 0.99,0.99 \
    --model mobilenet_v2_1684x_f32.bmodel

编译完成后, 会生成名为 ${model_name}_1684x_f32.bmodel 的文件。

（4）MLIR转INT8模型

生成校准表

转INT8模型前需要跑calibration, 得到校准表; 输入数据的数量根据情况准备100~1000张左右。

然后用校准表, 生成对称或非对称bmodel。如果对称符合需求, 一般不建议用非对称, 因为 非对称的性能会略差于对称模型。

这里用现有的100张来自ILSVRC2012的图片举例, 执行calibration:

$ run_calibration.py mobilenet_v2.mlir \
    --dataset ../ILSVRC2012 \
    --input_num 100 \
    -o mobilenet_v2_cali_table

生成校准表过程：

.
运行完成后会生成名为 ${model_name}_cali_table 的文件, 该文件用于后续编译INT8 模型的输入文件。

编译为INT8对称量化模型

转成INT8对称量化模型, 执行如下命令:

$ model_deploy.py \
    --mlir mobilenet_v2.mlir \
    --quantize INT8 \
    --calibration_table mobilenet_v2_cali_table \
    --chip bm1684x \
    --test_input mobilenet_v2_in_f32.npz \
    --test_reference mobilenet_v2_top_outputs.npz \
    --tolerance 0.96,0.70 \
    --model mobilenet_v2_1684x_int8_sym.bmodel

编译完成后, 会生成名为 ${model_name}_1684x_int8_sym.bmodel 的文件。

编译为INT8非对称量化模型

转成INT8非对称量化模型, 执行如下命令:

$ model_deploy.py \
    --mlir mobilenet_v2.mlir \
    --quantize INT8 \
    --asymmetric \
    --calibration_table mobilenet_v2_cali_table \
    --chip bm1684x \
    --test_input mobilenet_v2_in_f32.npz \
    --test_reference mobilenet_v2_top_outputs.npz \
    --tolerance 0.95,0.69 \
    --model mobilenet_v2_1684x_int8_asym.bmodel

编译完成后, 会生成名为 ${model_name}_1684x_int8_asym.bmodel 的文件。

5、混精度使用方法

首先，按照1中的环境配置进行设置；

本章以检测网络 yolov3 tiny 网络模型为例, 介绍如何使用混精度。 该模型来自https://github.com/onnx/models/tree/main/vision/object_detection_segmentation/tiny-yolov3。

（1）准备工作目录、模型文件和数据

建立 yolov3_tiny 目录, 注意是与tpu-mlir同级目录; 并把模型文件和图片文件都 放入 yolov3_tiny 目录中。

操作如下:

$ mkdir yolov3_tiny && cd yolov3_tiny
$ wget https://github.com/onnx/models/raw/main/vision/object_detection_segmentation/tiny-yolov3/model/tiny-yolov3-11.onnx
$ cp -rf $TPUC_ROOT/regression/dataset/COCO2017 .
$ mkdir workspace && cd workspace

这里的 $TPUC_ROOT 是环境变量, 对应tpu-mlir_xxxx目录。 注意如果 tiny-yolov3-11.onnx 用wget下载失败, 可以通过访问github下载原包放至yolov3_tiny文件夹下。

（2）验证原始模型

detect_yolov3.py 是已经写好的验证程序, 可以用来对 yolov3_tiny 网络进行验证。执行过程如下:

$ detect_yolov3.py \
     --model ../tiny-yolov3-11.onnx \
     --input ../COCO2017/000000366711.jpg \
     --output yolov3_onnx.jpg

执行完后打印检测到的结果如下:

person:60.7%
orange:77.5%

并得到图片 yolov3_onnx.jpg, 如下

（3）转成INT8对称量化模型

如前面章节介绍的转模型方法, 这里不做参数说明, 只有操作过程。

第一步: 转成F32 mlir

$ model_transform.py \
    --model_name yolov3_tiny \
    --model_def ../tiny-yolov3-11.onnx \
    --input_shapes [[1,3,416,416]] \
    --scale 0.0039216,0.0039216,0.0039216 \
    --pixel_format rgb \
    --keep_aspect_ratio \
    --pad_value 128 \
    --output_names=transpose_output1,transpose_output \
    --mlir yolov3_tiny.mlir

最终生成文件如下：

第二步: 生成calibartion table

$ run_calibration.py yolov3_tiny.mlir \
    --dataset ../COCO2017 \
    --input_num 100 \
    -o yolov3_cali_table

生成校准表文件如下：

第三步: 转对称量化模型

$ model_deploy.py \
    --mlir yolov3_tiny.mlir \
    --quantize INT8 \
    --calibration_table yolov3_cali_table \
    --chip bm1684x \
    --model yolov3_int8.bmodel

最终输出文件如下：

第四步: 验证模型

$ detect_yolov3.py \
     --model yolov3_int8.bmodel \
     --input ../COCO2017/000000366711.jpg \
     --output yolov3_int8.jpg

执行完后有如下打印信息:

person:64.0%
orange:73.0%

[

得到图片 yolov3_int8.jpg, 如下

可以看出int8对称量化模型相对原始模型, 在这张图上对橘子个体的检测效果不佳。

（4）转成混精度量化模型

在转int8对称量化模型的基础上, 执行如下步骤。

第一步: 生成混精度量化表

使用 run_qtable.py 生成混精度量化表, 相关参数说明如下:

参数名	必选？	说明
无	是	指定mlir文件
dataset	否	指定输入样本的目录, 该路径放对应的图片, 或npz, 或npy
data_list	否	指定样本列表, 与dataset必须二选一
calibration_table	是	输入校准表
chip	是	指定模型将要用到的平台, 支持bm1684x/bm1684/cv183x/cv182x/cv181x/cv180x
fp_type	否	指定混精度使用的float类型, 支持auto,F16,F32,BF16，默认为auto，表示由程序内部自动选择
input_num	否	指定输入样本数量, 默认用10个
expected_cos	否	指定期望网络最终输出层的最小cos值,一般默认为0.99即可，越小时可能会设置更多层为浮点计算
min_layer_cos	否	指定期望每层输出cos的最小值，低于该值会尝试设置浮点计算, 一般默认为0.99即可
debug_cmd	否	指定调试命令字符串，开发使用, 默认为空
o	是	输出混精度量化表

本例中采用默认10张图片校准, 执行命令如下（对于CV18xx系列的芯片，将chip设置为对应的芯片名称即可）:

$ run_qtable.py yolov3_tiny.mlir \
    --dataset ../COCO2017 \
    --calibration_table yolov3_cali_table \
    --chip bm1684x \
    --min_layer_cos 0.999 \ #若这里使用默认的0.99时，程序会检测到原始int8模型已满足0.99的cos，从而直接不再搜素
    --expected_cos 0.9999 \
    -o yolov3_qtable

执行完后最后输出如下打印:（不同编译主机的输出信息可能略微不同）

上面int8 outputs_cos表示int8模型原本网络输出和fp32的cos相似度，mix model outputs_cos表示部分层使用混精度后网络输出的cos相似度，total time表示搜索时间为11.2秒， 另外，生成的混精度量化表 yolov3_qtable。

yolov3_qtable内容如下:

该表中, 第一列表示相应的layer, 第二列表示类型, 支持的类型有F32/F16/BF16/INT8。 另外同时也会生成一个loss表文件 full_loss_table.txt。

full_loss_table.txt内容如下:

该表按cos从小到大顺利排列, 表示该层的前驱Layer根据各自的cos已换成相应的浮点模式后, 该层计算得到的cos, 若该cos仍小于前面min_layer_cos参数，则会将该层及直接后继层设置为浮点计算。 run_qtable.py 会在每次设置某相邻2层为浮点计算后，接续计算整个网络的输出cos，若该cos大于指定的expected_cos，则退出搜素。因此，若设置更大的expected_cos，会尝试将更多层设为浮点计算。

第二步: 生成混精度量化模型

$ model_deploy.py \
    --mlir yolov3_tiny.mlir \
    --quantize INT8 \
    --quantize_table yolov3_qtable \
    --calibration_table yolov3_cali_table \
    --chip bm1684x \
    --model yolov3_mix.bmodel

最终生成文件如下：

第三步: 验证混精度模型

$ detect_yolov3.py \
     --model yolov3_mix.bmodel \
     --input ../COCO2017/000000366711.jpg \
     --output yolov3_mix.jpg

执行完后打印结果为:

person:64.0%
orange:72.9%

得到图片yolov3_mix.jpg, 如下

需要说明的是，除了使用run_qtable生成量化表外，也可根据模型中每一层的相似度对比结果，自行设置量化表中需要做混精度量化的OP的名称和量化类型。

6、模型部署样例

（1）使用TPU做前处理

目前TPU-MLIR支持的两个主要系列芯片BM168x与CV18xx均支持将图像常见的预处理加入到模型中进行计算。开发者可以在模型编译阶段,通过编译选项传递相应预处理参数,由编译器直接在模型运算前插⼊相应前处理算⼦,⽣成的bmodel或cvimodel即可以直接以预处理前的图像作为输⼊,随模型推理过程使⽤TPU处理前处理运算。

预处理类型	BM168x	CV18xx
图像裁剪	True	True
归一化计算	True	True
NHWC to NCHW	True	True
BGR/RGB 转换	True	True

其中图像裁剪会先将图片按使用model_transform工具时输入的“–resize_dims”参数将图片调整为对应的大小, 再裁剪成模型输入的尺寸。而归一化计算支持直接将未进行预处理的图像数据(即unsigned int8格式的数据)做归一化处理。

若要将预处理融入到模型中, 则需要在使用model_deploy工具进行部署时使用“–fuse_preprocess”参数。如果要做验证, 则传入的test_input需要是图像原始格式的输入(即jpg, jpeg和png格式), 相应地会生成原始图像输入对应的npz文件,名称为 ${model_name}_in_ori.npz。

此外, 当实际外部输入格式与模型的格式不相同时, 用“–customization_format”指定实际的外部输入格式, 支持的格式说明如下：

customization_format	说明	BM1684X	CV18xx
None	与原始模型输入保持一致, 不做处理。默认	True	True
RGB_PLANAR	rgb顺序,按照nchw摆放	True	True
RGB_PACKED	rgb顺序,按照nhwc摆放	True	True
BGR_PLANAR	bgr顺序,按照nchw摆放	True	True
BGR_PACKED	bgr顺序,按照nhwc摆放	True	True
GRAYSCALE	仅有⼀个灰⾊通道,按nchw摆	True	True
YUV420_PLANAR	yuv420 planner格式,来⾃vpss的输⼊	False	True
YUV_NV21	yuv420的NV21格式,来⾃vpss的输⼊	False	True
YUV_NV12	yuv420的NV12格式,来⾃vpss的输⼊	False	True
RGBA_PLANAR	rgba格式,按照nchw摆放	False	True

其中“YUV*”类格式为CV18xx系列芯片特有的输入格式。当customization_format中颜色通道的顺序与模型输入不同时, 将会进行通道转换操作。若指令中未设置customization_format参数,则根据使用model_transform工具时定义的pixel_format和channel_format参数自动获取对应的customization_format。

以mobilenet_v2模型为例, 参考“编译Caffe模型”章节, 在tpu-mlir/regression/regression_out/目录下使用model_transform工具生成原始mlir, 并通过run_calibration工具生成校准表。

（2）BM1684X部署

生成融合预处理的INT8对称量化bmodel模型指令如下：

$ model_deploy.py \
    --mlir mobilenet_v2.mlir \
    --quantize INT8 \
    --calibration_table mobilenet_v2_cali_table \
    --chip bm1684x \
    --test_input ../image/cat.jpg \
    --test_reference mobilenet_v2_top_outputs.npz \
    --tolerance 0.96,0.70 \
    --fuse_preprocess \
    --model mobilenet_v2_bm1684x_int8_sym_fuse_preprocess.bmodel

过程输出图如下：

最终生成文件如下：

7、各框架模型转ONNX参考

本章节主要将PyTorch, TensorFlow与PaddlePaddle模型转为ONNX模型的方式参考，读者也可以参考ONNX官方仓库提供的转模型教程： https://github.com/onnx/tutorials。

本章节中的所有操作均在Docker容器中进行，具体的环境配置方式请参考第1章的内容。

（1）PyTorch模型转ONNX

本节以一个自主搭建的简易PyTorch模型为例进行onnx转换，环境配置和目录和第1节保持一致。

步骤0：创建工作目录

在命令行中创建并进入torch_model目录。

$ mkdir torch_model
$ cd torch_model

步骤1：搭建并保存模型

在该目录下创建名为simple_net.py的脚本并运行，脚本的具体内容如下：

#!/usr/bin/env python3
import torch
 
# Build a simple nn model
class SimpleModel(torch.nn.Module):
 
   def __init__(self):
       super(SimpleModel, self).__init__()
       self.m1 = torch.nn.Conv2d(3, 8, 3, 1, 0)
      self.m2 = torch.nn.Conv2d(8, 8, 3, 1, 1)

   def forward(self, x):
      y0 = self.m1(x)
      y1 = self.m2(y0)
      y2 = y0 + y1
      return y2

# Create a SimpleModel and save its weight in the current directory
model = SimpleModel()
torch.save(model.state_dict(), "weight.pth")

运行完后我们会在当前目录下获得一个weight.pth的权重文件。

步骤2：导出ONNX模型

在该目录下创建另一个名为export_onnx.py的脚本并运行，脚本的具体内容如下：

 #!/usr/bin/env python3
 import torch
 from simple_net import SimpleModel
 
 # Load the pretrained model and export it as onnx
 model = SimpleModel()
 model.eval()
 checkpoint = torch.load("weight.pth", map_location="cpu")
 model.load_state_dict(checkpoint)

# Prepare input tensor
input = torch.randn(1, 3, 16, 16, requires_grad=True)

# Export the torch model as onnx
torch.onnx.export(model,
                  input,
                  'model.onnx', # name of the exported onnx model
                  opset_version=13,
                  export_params=True,
                  do_constant_folding=True)

运行完脚本后，我们即可在当前目录下得到名为model.onnx的onnx模型。

（2）TensorFlow模型转ONNX

本节以TensorFlow官方仓库中提供的mobilenet_v1_0.25_224模型作为转换样例。

步骤0：创建工作目录

在命令行中创建并进入tf_model目录。

$ mkdir tf_model
$ cd tf_model

步骤1：准备并转换模型

命令行中通过以下命令下载模型并利用tf2onnx工具将其导出为ONNX模型：

$ wget -nc http://download.tensorflow.org/models/mobilenet_v1_2018_08_02/mobilenet_v1_0.25_224.tgz
# tar to get "*.pb" model def file
$ tar xzf mobilenet_v1_0.25_224.tgz

[

$ python -m tf2onnx.convert --graphdef mobilenet_v1_0.25_224_frozen.pb \
    --output mnet_25.onnx --inputs input:0 \
    --inputs-as-nchw input:0 \
    --outputs MobilenetV1/Predictions/Reshape_1:0

运行以上所有命令后我们即可在当前目录下得到名为mnet_25.onnx的onnx模型。

（3）PaddlePaddle模型转ONNX

本节以PaddlePaddle官方仓库中提供的SqueezeNet1_1模型作为转换样例。

步骤0：创建工作目录

在命令行中创建并进入pp_model目录。

$ mkdir pp_model
$ cd pp_model

步骤1：准备模型

在命令行中通过以下命令下载模型：

$ wget https://bj.bcebos.com/paddlehub/fastdeploy/SqueezeNet1_1_infer.tgz
$ tar xzf SqueezeNet1_1_infer.tgz
$ cd SqueezeNet1_1_infer

并用PaddlePaddle项目中的paddle_infer_shape.py脚本对模型进行shape推理,此处将输入shape以NCHW的格式设置为[1,3,224,224]：

$ wget https://raw.githubusercontent.com/PaddlePaddle/Paddle2ONNX/develop/tools/paddle/paddle_infer_shape.py

$ python paddle_infer_shape.py  --model_dir . \
                          --model_filename inference.pdmodel \
                          --params_filename inference.pdiparams \
                          --save_dir new_model \
                          --input_shape_dict="{'inputs':[1,3,224,224]}"

运行完以上所有命令后我们将处于SqueezeNet1_1_infer目录下，并在该目录下有一个new_model的目录。

步骤2：转换模型

在命令行中通过以下命令安装paddle2onnx工具，并利用该工具将PaddlePaddle模型转为ONNX模型：

$ pip install paddle2onnx
$ paddle2onnx  --model_dir new_model \
          --model_filename inference.pdmodel \
          --params_filename inference.pdiparams \
          --opset_version 13 \
          --save_file squeezenet1_1.onnx

运行完以上所有命令后我们将获得一个名为squeezenet1_1.onnx的onnx模型。

8、BM168x测试指南

（1）配置系统环境

首次使用Docker, 那么请使用 开发环境配置中的方法安装 并配置Docker。

首次使用 git-lfs 可执行下述命 令进行安装和配置

【仅首次执行, 同时该配置是在用户自己系统中, 并非Docker container中】

$ sudo apt install curl
$ curl -s https://packagecloud.io/install/repositories/github/git-lfs/script.deb.sh | sudo bash
$ sudo apt-get install git-lfs

BM1684X云平台PCIE模式下：

（2）获取 model-zoo 模型

在 tpu-mlir_xxxx.tar.gz (tpu-mlir的发布包)的同级目录下, 使用以下命令克隆 model-zoo 工程:

$ git clone --depth=1 https://github.com/sophgo/model-zoo
$ cd model-zoo
$ git lfs pull --include "*.onnx,*.jpg,*.JPEG" --exclude=""
$ cd ../

BM1684X云平台PCIE模式下lfs的pull过程：

如果已经克隆过 model-zoo 可以执行以下命令同步模型到最新状态:

$ cd model-zoo
$ git pull
$ git lfs pull --include "*.onnx,*.jpg,*.JPEG" --exclude=""
$ cd ../

此过程会从 GitHub 上下载大量数据。由于具体网络环境的差异, 此过程可能耗时较长。

（3）获取 tpu-perf 工具

从 https://github.com/sophgo/tpu-perf/releases 地址下载最新的 tpu-perf wheel安装包。例如: tpu_perf-x.x.x-py3-none-manylinux2014_x86_64.whl 。并将 tpu-perf 包放置到与 model-zoo 同一级目录下。此时的目录结构应该为如下形式:

├── tpu_perf-x.x.x-py3-none-manylinux2014_x86_64.whl
├── tpu-mlir_xxxx
└── model-zoo

（4）部署测试

进入docker容器，并激活tpu-mlir的环境变量,XXXX表示存放tpu_mlir的目录。

$ docker exec -it 容器id /bin/bash
$ source XXXX/XXXX/XXXX/envsetup.sh

安装 tpu-perf

$ pip3 install ../tpu_perf-x.x.x-py3-none-manylinux2014_x86_64.whl

（5）编译模型

model-zoo 的相关 confg.yaml 配置了SDK的测试内容。例如: resnet18的 配置文件为 model-zoo/vision/classification/resnet18-v2/config.yaml 。

执行以下命令, 运行全部测试样例:

$ cd ../model-zoo
$ python3 -m tpu_perf.build --mlir -l full_cases.txt

此时会编译以下模型:

* efficientnet-lite4
* mobilenet_v2
* resnet18
* resnet50_v2
* shufflenet_v2
* squeezenet1.0
* vgg16
* yolov5s

命令正常结束后, 会看到新生成的 output 文件夹(测试输出内容都在该文件夹中)。 修改 output 文件夹的属性, 以保证其可以被Docker外系统访问。

$ chmod -R a+rw output

（6）PCIE模式运行测试

运行测试需要在 Docker 外面的环境(此处假设您已经安装并配置好了1684X设备和 驱动)中进行, 可以退出 Docker 环境:

$ exit

PCIE 板卡下运行以下命令, 测试生成的 bmodel 性能。

$ pip3 install ./tpu_perf-*-py3-none-manylinux2014_x86_64.whl
$ cd model-zoo
$ python3 -m tpu_perf.run --mlir -l full_cases.txt

注意：如果主机上安装了多块SOPHGO的加速卡，可以在使用 tpu_perf 的时候，通过添加 --devices id 来指定 tpu_perf 的运行设备。如：

$ python3 -m tpu_perf.run --devices 2 --mlir -l full_cases.txt

安装 tpu-perf

$ pip3 install ../tpu_perf-x.x.x-py3-none-manylinux2014_x86_64.whl