HarmonyOS：使用MindSpore Lite引擎进行模型推理

news2024/9/25 7:19:45

场景介绍

MindSpore Lite 是一款 AI 引擎，它提供了面向不同硬件设备 AI 模型推理的功能，目前已经在图像分类、目标识别、人脸识别、文字识别等应用中广泛使用。

本文介绍使用 MindSpore Lite 推理引擎进行模型推理的通用开发流程。

基本概念

在进行开发前，请先了解以下概念。

张量：它与数组和矩阵非常相似，是 MindSpore Lite 网络运算中的基本数据结构。

Float16 推理模式 ： Float16 又称半精度，它使用 16 比特表示一个数。Float16 推理模式表示推理的时候用半精度进行推理。

接口说明

这里给出 MindSpore Lite 推理的通用开发流程中涉及的一些接口，具体请见下列表格。

Context 相关接口

Model 相关接口

Tensor 相关接口

开发步骤

使用 MindSpore Lite 进行模型推理的开发流程如下图所示。**图 1 **使用 MindSpore Lite 进行模型推理的开发流程

进入主要流程之前需要先引用相关的头文件，并编写函数生成随机的输入，具体如下：

#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include "mindspore/model.h"

//生成随机的输入
int GenerateInputDataWithRandom(OH_AI_TensorHandleArray inputs) {
  for (size_t i = 0; i < inputs.handle_num; ++i) {
    float *input_data = (float *)OH_AI_TensorGetMutableData(inputs.handle_list[i]);
    if (input_data == NULL) {
      printf("MSTensorGetMutableData failed.\\n");
      return OH_AI_STATUS_LITE_ERROR;
    }
    int64_t num = OH_AI_TensorGetElementNum(inputs.handle_list[i]);
    const int divisor = 10;
    for (size_t j = 0; j < num; j++) {
      input_data[j] = (float)(rand() % divisor) / divisor;  // 0--0.9f
    }
  }
  return OH_AI_STATUS_SUCCESS;
}

然后进入主要的开发步骤，具括包括模型的准备、读取、编译、推理和释放，具体开发过程及细节请见下文的开发步骤及示例。

模型准备。

需要的模型可以直接下载，也可以通过模型转换工具获得。

a. 下载模型的格式若为.ms，则可以直接使用。本文以 mobilenetv2.ms 为例。

b. 如果是第三方框架的模型，比如 TensorFlow、TensorFlow Lite、Caffe、ONNX 等，可以使用 模型转换工具 转换为.ms 格式的模型文件。

创建上下文，设置线程数、设备类型等参数。

// 创建并配置上下文，设置运行时的线程数量为2，绑核策略为大核优先
OH_AI_ContextHandle context = OH_AI_ContextCreate();
if (context == NULL) {
  printf("OH_AI_ContextCreate failed.\\n");
  return OH_AI_STATUS_LITE_ERROR;
}
const int thread_num = 2;
OH_AI_ContextSetThreadNum(context, thread_num);
OH_AI_ContextSetThreadAffinityMode(context, 1);
//设置运行设备为CPU，不使用Float16推理
OH_AI_DeviceInfoHandle cpu_device_info = OH_AI_DeviceInfoCreate(OH_AI_DEVICETYPE_CPU);
if (cpu_device_info == NULL) {
  printf("OH_AI_DeviceInfoCreate failed.\\n");
  OH_AI_ContextDestroy(&context);
  return OH_AI_STATUS_LITE_ERROR;
}
OH_AI_DeviceInfoSetEnableFP16(cpu_device_info, false);
OH_AI_ContextAddDeviceInfo(context, cpu_device_info);

创建、加载与编译模型。

调用 OH_AI_ModelBuildFromFile 加载并编译模型。

本例中传入 OH_AI_ModelBuildFromFile 的 argv[1]参数是从控制台中输入的模型文件路径。

// 创建模型
OH_AI_ModelHandle model = OH_AI_ModelCreate();
if (model == NULL) {
  printf("OH_AI_ModelCreate failed.\\n");
  OH_AI_ContextDestroy(&context);
  return OH_AI_STATUS_LITE_ERROR;
}

// 加载与编译模型，模型的类型为OH_AI_MODELTYPE_MINDIR
int ret = OH_AI_ModelBuildFromFile(model, argv[1], OH_AI_MODELTYPE_MINDIR, context);
if (ret != OH_AI_STATUS_SUCCESS) {
  printf("OH_AI_ModelBuildFromFile failed, ret: %d.\\n", ret);
  OH_AI_ModelDestroy(&model);
  return ret;
}

输入数据。

模型执行之前需要向输入的张量中填充数据。本例使用随机的数据对模型进行填充。

// 获得输入张量
OH_AI_TensorHandleArray inputs = OH_AI_ModelGetInputs(model);
if (inputs.handle_list == NULL) {
  printf("OH_AI_ModelGetInputs failed, ret: %d.\\n", ret);
  OH_AI_ModelDestroy(&model);
  return ret;
}
// 使用随机数据填充张量
ret = GenerateInputDataWithRandom(inputs);
if (ret != OH_AI_STATUS_SUCCESS) {
  printf("GenerateInputDataWithRandom failed, ret: %d.\\n", ret);
  OH_AI_ModelDestroy(&model);
  return ret;
}

执行推理。

使用 OH_AI_ModelPredict 接口进行模型推理。

// 执行模型推理
OH_AI_TensorHandleArray outputs;
ret = OH_AI_ModelPredict(model, inputs, &outputs, NULL, NULL);
if (ret != OH_AI_STATUS_SUCCESS) {
  printf("OH_AI_ModelPredict failed, ret: %d.\\n", ret);
  OH_AI_ModelDestroy(&model);
  return ret;
}

获取输出。

模型推理结束之后，可以通过输出张量得到推理结果。

// 获取模型的输出张量，并打印
for (size_t i = 0; i < outputs.handle_num; ++i) {
  OH_AI_TensorHandle tensor = outputs.handle_list[i];
  int64_t element_num = OH_AI_TensorGetElementNum(tensor);
  printf("Tensor name: %s, tensor size is %zu ,elements num: %lld.\\n", OH_AI_TensorGetName(tensor),
        OH_AI_TensorGetDataSize(tensor), element_num);
  const float *data = (const float *)OH_AI_TensorGetData(tensor);
  printf("output data is:\\n");
  const int max_print_num = 50;
  for (int j = 0; j < element_num && j <= max_print_num; ++j) {
    printf("%f ", data[j]);
  }
  printf("\\n");
}

释放模型。

不再使用 MindSpore Lite 推理框架时，需要释放已经创建的模型。

// 释放模型
OH_AI_ModelDestroy(&model);

调测验证

编写 CMakeLists.txt。

cmake_minimum_required(VERSION 3.14)
project(Demo)

add_executable(demo main.c)

target_link_libraries(
        demo
        mindspore-lite.huawei
        pthread
        dl
)

● 使用 ohos-sdk 交叉编译，需要对 CMake 设置 native 工具链路径，即：-DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=“/xxx/native/build/cmake/ohos.toolchain.camke”。

● 工具链默认编译 64 位的程序，如果要编译 32 位，需要添加：-DOHOS_ARCH=“armeabi-v7a”。

运行。

● 使用 hdc_std 连接设备，并将 demo 和 mobilenetv2.ms 推送到设备中的相同目录。

● 使用 hdc_std shell 进入设备，并进入 demo 所在的目录执行如下命令，即可得到结果。

./demo mobilenetv2.ms

得到如下输出：

# ./QuickStart ./mobilenetv2.ms                                            
Tensor name: Softmax-65, tensor size is 4004 ,elements num: 1001.
output data is:
0.000018 0.000012 0.000026 0.000194 0.000156 0.001501 0.000240 0.000825 0.000016 0.000006 0.000007 0.000004 0.000004 0.000004 0.000015 0.000099 0.000011 0.000013 0.000005 0.000023 0.000004 0.000008 0.000003 0.000003 0.000008 0.000014 0.000012 0.000006 0.000019 0.000006 0.000018 0.000024 0.000010 0.000002 0.000028 0.000372 0.000010 0.000017 0.000008 0.000004 0.000007 0.000010 0.000007 0.000012 0.000005 0.000015 0.000007 0.000040 0.000004 0.000085 0.000023

为了能让大家更好的学习鸿蒙 (Harmony OS) 开发技术，这边特意整理了《鸿蒙 (Harmony OS)开发学习手册》（共计890页），希望对大家有所帮助：https://qr21.cn/FV7h05