1、前言
TensorRTx(下文简称为trtx)是一个十分流行的利用API来搭建网络结构实现trt加速的开源库，作者提到为什么不用ONNX parser的方式来进行trt加速，而用最底层的API来搭建trt加速的方式有如下原因:
- Flexible 很容易修改模型的任意一层，删除、增加、替换等操作。
- Debuggable 可以容易获得模型中间某一层的结果
- Chance to learn 可以对模型结构有进一步的了解
尽管onnx2trt的方式目前已经在绝大部分情况下都不会出现问题，但在trtx下，我们能够掌握更底层的原理和代码，有利于我们对模型的部署以及优化。下文将会以yolov5s在trtx框架下的例子，来逐行解析是trtx是如何工作的。
TensorRTx项目链接:https://github.com/wang-xinyu/tensorrtx。
2、步骤解析
在trtx中，对一个模型加速的过程可以分为两个步骤
- 提取pytorch模型参数 wts
- 利用trt底层API搭建网络结构，并将wts中的参数填充到网络中
2.1、get_wts.py
首先需要将pytorch中的模型参数提取出来，pytorch中的模型参数是以caffe中blob的格式存在的，每个操作都有对应的名字、数据长度、数据.
for k, v in model.state_dict().items():
# k-> blob的名字
vr = v.reshape(-1).cpu().numpy() # vr -> 数据长度
f.write('{} {} '.format(k, len(vr)))
for vv in vr:
f.write(' ')
f.write(struct.pack('>f', float(vv)).hex()) # 将数据转化到16进制
f.write('\n')
通过上get_wts.py，就可以得到包含yolov5s.pth的模型参数，打开yolov5s.wts如下图所示:
其中第一行的351为总的blob数量，第二行的model.0.conv.weight为第一个blob的名字，3456表示为该blob的数据长度，3a198000 3ca58000…为实际参数。
得到了上述的参数之后，就可以以trtx的方式进行加速了。
2.2、构造engine
在利用wts转engine的之前，需要十分清楚模型的网络结构，不太清楚的同学可以参考太阳花的小绿豆关于yolov5的网络结构图。了解完yolov5的网络结构后，就可以着手利用trt的api来搭建网络模型了。搭建模型的代码在 model.cpp中的build_det_engine函数，本文将其中的代码过程直接画到yolov5的网络结构图中了，可以直接对照代码和图来进行查看。
//yolov5_det.cpp
viod serialize_engine(...){
if (is_p6) {
...
} else {
// 以yolov5s为例
engine = build_det_engine(max_batchsize, builder, config, DataType::kFLOAT, gd, gw, wts_name);
}
// 序列化
IHostMemory* serialized_engine = engine->serialize();
std::ofstream p(engine_name, std::ios::binary);
// 写到文件中
p.write(reinterpret_cast<const char*>(serialized_engine->data()), serialized_engine->size());
}
model.cpp
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// 解析get_wts.py
static std::map<std::string, Weights> loadWeights(const std::string file) {
int32_t count; // wts文件第一行，共有351个blob
input >> count;
//每一行是一个blob,模型名称 + 数据长度 + 参数
while (count--) {
// 一个blob的参数
Weights wt{
DataType::kFLOAT, nullptr, 0 };
uint32_t size; //blob 数据长度
std::string name; // blob 数据名字
for (uint32_t x = 0, y = size; x < y; ++x) {
input >> std::hex >> val[x]; // 将数据转化成十进制，并放到val中
}
// 每个blob名字对应一个wt
weightMap[name] = wt;
}
}
ICudaEngine* build_det_engine(){
// 初始化网络结构
INetworkDefinition* network = builder->createNetworkV2(0U);
// 定义模型输入
ITensor* data = network->addInput(kInputTensorName, dt, Dims3{
3, kInputH, kInputW });
// 加载pytorch模型中的参数
std::map<std::string, Weights> weightMap = loadWeights(wts_name);
// 逐步添加网络结构,已将代码与网络结构一一对应 ,具体过程见上图
// 增加yolo后处理decode模块，使用了plugin
auto yolo = addYoLoLayer(network, weightMap, "model.24", std::vector<IConvolutionLayer*>{
det0, det1, det2});
network->markOutput(*yolo->getOutput(0)); //将plugin的输出设置为模型的最后输出（decode）
#if defined(USE_FP16)
// FP16
config->setFlag(BuilderFlag::kFP16);
#elif defined(USE_INT8)
// INT8 量化
std::cout << "Your platform support int8: " << (builder->platformHasFastInt8() ? "true" : "false") << std::endl;
assert(builder->platformHasFastInt8());
config->setFlag(BuilderFlag::kINT8);
Int8EntropyCalibrator2* calibrator = new Int8EntropyCalibrator2(1, kInputW, kInputH, "./coco_calib/", "int8calib.table", kInputTensorName);
config->setInt8Calibrator(calibrator);
#endif
// 根据网络结构来生成engine
ICudaEngine* engine = builder->buildEngineWithConfig(*network, *config);
return engine;
}
3、plugin
本人对plugin也在学习当中，下面是我在学习trtx-yolo5代码中对plugin浅显的认知。原作者在模型后面增加了一个模型解码的plugin，用于获得每个特征层上的bbox，调用代码在model.cpp中
auto yolo = addYoLoLayer(network, weightMap, "model.24", std::vector<IConvolutionLayer*>{
det0, det1, det2});
static IPluginV2Layer* addYoLoLayer(...){
// 注册一个名为 "YoloLayer_TRT"的插件，如果找不到插件，就会报错
auto creator = getPluginRegistry()->getPluginCreator("YoloLayer_TRT", "1");
// plugin的数据
PluginField plugin_fields[2];
int netinfo[5] = {
kNumClass, kInputW, kInputH, kMaxNumOutputBbox, (int)is_segmentation}; //维度数据
plugin_fields[0].data = netinfo;
plugin_fields[0].length = 5;
plugin_fields[0].name = "netinfo";
plugin_fields[0].type = PluginFieldType::kFLOAT32;
// 所有plugin的参数
PluginFieldCollection plugin_data;
plugin_data.nbFields = 2;
plugin_data.fields = plugin_fields;
// 创建plugin的对象
IPluginV2 *plugin_obj = creator->createPlugin("yololayer", &plugin_data);
}
实现代码在yololayer.h/cu中
class API YoloLayerPlugin : public IPluginV2IOExt {
// 设置插件名称，在注册插件时会寻找对应的插件
const char* getPluginType() const TRT_NOEXCEPT override{
return "YoloLayer_TRT";
}
//插件构造函数
YoloLayerPlugin(int classCount, int netWidth, int netHeight, int maxOut, bool is_segmentation, const std::vector<YoloKernel>& vYoloKernel){
/*
classCount:类别数量
netWidth:输入宽
netHeight:输入高
maxOut:最大检测数量
is_segmentation:是否含有实例分割
vYoloKernel:anchors参数
*/
}
}
// 插件运行时调用的代码
void YoloLayerPlugin::forwardGpu(...){
// 输出结果 1+ 是在第一个位置记录解码的数量
int outputElem = 1 + mMaxOutObject * sizeof(Detection) / sizeof(float);
// 将存放结果的内存置为0
for (int idx = 0; idx < batchSize; ++idx) {
CUDA_CHECK(cudaMemsetAsync(output + idx * outputElem, 0, sizeof(float), stream));
// 遍历三种不同尺度的anchor
for (unsigned int i = 0; i < mYoloKernel.size(); ++i) {
// 调用核函数进行解码
CalDetection << < (numElem + mThreadCount - 1) / mThreadCount, mThreadCount, 0, stream >> >(...)
}
}
__global__ void CalDetection(...){
// input:模型输出结果
// output:decode存放地址
// 当前线程的的全局索引ID
int idx = threadIdx.x + blockDim.x * blockIdx.x;
// yoloWidth * yoloHeight
int total_grid = yoloWidth * yoloHeight; // 在当前特征层上要处理的总框数
int bnIdx = idx / total_grid; // 第n个batch
// x,y,w,h,score + 80
int info_len_i = 5 + classes;
// 如果带有实例分割分析，需要再加上32个分割系数
if (is_segmentation) info_len_i += 32;
// 第n个batch的推理结果开始地址
const float* curInput = input + bnIdx * (info_len_i * total_grid * kNumAnchor);
// 遍历三种不同尺寸的anchor
for (int k = 0; k < kNumAnchor; ++k) {
//每个框的置信度
float box_prob = Logist(curInput[idx + k * info_len_i * total_grid + 4 * total_grid]);
if (box_prob < kIgnoreThresh) continue;
for (int i = 5; i < 5 + classes; ++i) {
// 每个类别的概率
float p = Logist(curInput[idx + k * info_len_i * total_grid + i * total_grid]);
// 提取最大概率以及类别ID
if (p > max_cls_prob) {
max_cls_prob = p;
class_id = i - 5;
}
}
//
float *res_count = output + bnIdx * outputElem;
// 统计decode框的数量
int count = (int)atomicAdd(res_count, 1);
// 下面是按照论文的公式将预测的宽和高恢复到原图大小
...
}
}
4、总结
通过本次对trtx开源代码的深入学习，知道了如何利用trt的api对模型进行加速，同时还了解到plugin的实现,后续还会继续学习trtx里面的知识点。