rk3588使用npu进行模型转换和推理，加速AI应用落地
文章目录
- 零、引言
- 一、主要功能
- 二、系统依赖
- 三、安装RKNN-Toolkit
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- 1、安装Python3.6和pip3
- 2、 安装相关依赖
- 3、获取RKNN-Toolkit2安装包
- 4、安装Python环境
- 5、安装RKNN-Toolkit2
- 6、检验是否安装成功
- 四、在PC上仿真运行示例
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- 1、进入目录
- 2、运行程序
- 3、模型和推理结果
零、引言
本文完成于2022-07-02 20:21:55。博主在瑞芯微RK3588的开发板上跑了deepsort跟踪算法，从IP相机中的server拉取rtsp视频流，但是fps只有1.2，和放PPT一样卡顿，无法投入实际应用。本来想使用tensorrt进行加速推理，但是前提需要cuda，rk的板子上都是Arm的手机gpu，没有Nvidia的cuda，所以这条路行不通。那么转过来，使用开发板自带的NPU进行加速推理，岂不是更加可行，而且它本身就是深度学习嵌入式板子，不用NPU真的可惜。
问题来了：怎么使用NPU？在开发板上还是在自己的PC上？要安装什么环境？怎么安装？这些问题都需要依次考虑清楚。因为我在此之前也没有接触过NPU，所以为此做了很多功课，看了很多教程，总计有10h以上。然后今天自己成功实践了下转换rknn模型，并使用npu推理。为了让后面的同学少走弯路，特此花1个h记录下这个使用过程，因为官方教程真的很不详细，很多地方都需要自己踩坑然后填好，那么开始正题！
一、主要功能
RKNN-Toolkit2 是为用户提供在 PC、 Rockchip NPU 平台上进行模型转换、推理和性能评估的开发套件,用户通过该工具提供的 Python 接口可以便捷地完成以下功能:
- 模型转换：支持
Caffe、TensorFlow、TensorFlow Lite、ONNX、DarkNet、PyTorch等模型转为RKNN模型，并支持 RKNN 模型导入导出，RKNN 模型能够在 Rockchip NPU 平台上加载使用。 - 量 化 功 能 ： 支 持 将 浮 点 模 型 量 化 为 定 点 模 型 , 目 前 支 持 的 量 化 方 法 为 非 对 称 量 化 ， 并 支 持 混 合 量 化 功 能 。asymmetric_quantized-16 目前版本暂不支持。
- 模型推理：能够在 PC 上模拟
Rockchip NPU运行 RKNN 模型并获取推理结果；或将 RKNN模型分发到指定的 NPU 设备上进行推理并获取推理结果。 - 性能和内存评估：将 RKNN 模型分发到指定 NPU 设备上运行，以评估模型在实际设备上运行时的性能和内存占用情况。
- 量化精度分析：该功能将给出模型量化前后每一层推理结果与浮点模型推理结果的余弦距离，以便于分析量化误差是如何出现的，为提高量化模型的精度提供思路。
RK3588 内置 NPU 模块, 处理性能最高可达6TOPS。使用该NPU需要下载RKNN SDK，RKNN SDK 为带有 NPU 的RK3588S/RK3588 芯片平台提供编程接口，能够帮助用户部署使用 RKNN-Toolkit2 导出的 RKNN 模型，加速 AI应用 的落地。
二、系统依赖
本开发套件支持运行于 Ubuntu操作系统 (目前版本 Windows、MacOS、Debian 等暂不支持)。
Ubuntu系统需要满足以下运行环境要求:
| 操作系统版本 | Ubuntu18.04(x64)及以上 |
|---|---|
| Python 版本 | 3.6 / 3.8 |
| Python 库依赖 | 详见 doc/requirements*.txt |
三、安装RKNN-Toolkit
下面我以 Ubuntu 18.04、Python3.6 为例，说明如何快速上手使用 RKNN-Toolkit2。我的开发板为ITX-3588J，但是开发板型号并不影响。
1、安装Python3.6和pip3
sudo apt-get install python3 python3-dev python3-pip
2、 安装相关依赖
sudo apt-get install zlib1g zlib1g-dev
注意这个包中间是数字1，不是字母l，直接复制命令回车最安全。
sudo apt-get install libxslt1-dev libglib2.0-0 libsm6 libgl1-mesa-glx libprotobuf-dev gcc
我的Ubuntu系统已经装了很多SLAM的环境，真的很担心依赖冲突，不过经过检验，发现并没有任何冲突。
3、获取RKNN-Toolkit2安装包
从Firefly官网获取RKNN_SDK_V1.3.0工具， 里面会有RKNN-Toolkit2 安装包，我是保存到百度网盘，然后在Windows下载好之后，使用U盘拷贝到Ubuntu系统的。当然也可以直接通过官网下载，但是比较慢。如果你是从网盘下载的，里面的docker文件不需要下载，用不到，大家切记！解压后，你的文件夹内容应该和我一样（rknpu2_1.3.0是我从外面解压进来了，本教程还用不到）。
4、安装Python环境
之前安装的是Ubuntu依赖，这里需要安装numpy、python_opencv等依赖包。这里为了防止Python环境污染，我使用了virtualenv来管理环境，非常方便且安全，安装和使用方法可以查看这篇教程：如何安装和使用virtualenv——python环境的管理大师。这篇教程中创建的环境也就是我这里要使用的环境。
先激活环境，然后pip install -r doc/requirements_cp36-1.3.0.txt，如果出现报错：
上面在安装bfloat16时失败，因为它依赖于numpy，但是它并没有被安装呢，所以我们先手动安装下numpy。
pip install numpy==1.16.6
然后重新执行命令：pip install -r doc/requirements_cp36-1.3.0.txt，上面已经下载好的依赖不会重复下载，所有依赖下载完成后进行统一安装。
5、安装RKNN-Toolkit2
sudo pip3 install packages/rknn_toolkit2-1.3.0_11912b58-cp36-cp36m-linux_x86_64.whl
可以看到在py36环境中，所有依赖都已满足。
6、检验是否安装成功
python3
from rknn.api import RKNN
如果导入 RKNN 模块没有失败，说明安装成功。同时按住 Ctrl+D 退出 Python3。
四、在PC上仿真运行示例
RKNN-Toolkit2 自带了一个模拟器，可以用来仿真模型在 npu 上运行时的行为。就相当于Android Studio自带模拟器一样。那么真机就相当于开发板。
这里我以 yolov5 为例。examples中的yolov5是一个 onnx 模型，用于目标检测，它是在模拟器上运行的。
1、进入目录
cd examples/onnx/yolov5
2、运行程序
python3 test.py
可以看到程序中执行的主要操作有：创建 RKNN 对象；模型配置；加载 onnx 模型；构建 RKNN 模型；导出 RKNN 模型；加载图片并推理，得到推理结果；释放 RKNN 对象。
examples 目录中的其他示例的执行方式与 yolov5 相同，这些模型主要用于图像分类、目标检测。
3、模型和推理结果
简单修改下test.py文件，显示并保存结果图片，不得不说，npu推理的检测框置信度高的离谱，不愧是嵌入式神经网络，比原先yolov5高很多。而且运行速度也比官网的cpu版本快很多。
转 换 后 的 模 型 默 认 保 存 路 径 为/rknn-toolkit2-1.x.x/examples/onnx/yolov5/yolov5s.rknn ，推 理 的 图 片 结 果 保 存 在/rknn-toolkit2-1.x.x/examples/onnx/yolov5/result.jpg。
参考文献：Rockchip_Quick_Start_RKNN_Toolkit2_CN-1.3.0.pdf