0 前言

此次很幸运能够参与 OrangePi Kunpeng Pro 开发板的测评，感谢 CSDN 给予这次机会。

香橙派联合华为发布了基于昇腾的 OrangePi Kunpeng Pro 开发板，具备 8TOPS 的 AI 算力，能覆盖生态开发板者的主流应用场景，具备完善的配套软硬件。

1 硬件

怀着期待的心情，终于拿到 OrangePi Kunpeng Pro 开发板了。

1.1 外观

OrangePi Kunpeng Pro 开发板包装很严实，开发板装在密封的静电袋中，盒子里面上面和下面都有海绵保护，防止开发板被压坏，厂商确实很用心了。配件里面还配有最高 65W 的 PD type-c 电源，电源支持 5V3A、9V3A、12V3A、15V3A、20V3.25A。

OrangePi Kunpeng Pro 开发板的硬件细节可以从官网的细节图看得很清晰：

OrangePi Kunpeng Pro 开发板正面左边有一个包含两个头的天线，两个头分别是 2.4G 和 2.4/5G。左下角 MIPI 摄像头接口（Camera0）和 MIPI 显示屏接口（Display），旁边两个按钮分别是 PowerOff 电源按钮和 ESET 复位按钮，按钮上面又是一个 MIPI 摄像头接口（Camera1）。

开发板右下角就是 40PIN 的排针（GPIO）。开发板正面的 IO接口都集中在上边，从左到右分别是千兆网口、2个USB3.0接口、type-c3.0 接口、HDMI2.0、3.5mm耳机口音频输出/输入、HDMI2.0、type-c电源接口。

开发板中间是一个巨大的散热器。这个散热器的散热能力很不错，风扇最高 3W 功率。散热风扇为 12V 的，接口为 4pin，0.8mm 间距规格。可以通过 PWM 来控制风扇的转速。

OrangePi Kunpeng Pro 开发板背面看起来很漂亮，板子做工很好。

开发板背面主要是存储接口和两个设置启动方式的拨码开关。

如果使用 TF 卡来启动，需要使用 class10 以上的 TF卡；eMMC 接口可以外接 eMMC 模块；M.2 M-KEY 接口可以安装 2280 规格的 NVMe 协议或者 SATA 协议的 SSD。

两个控制启动方法的拨码开关，可以控制开发板从从TF卡、eMMC和SSD启动。BOOT1和BOOT2两个拨码开关都支持左右两种设置状态，所以总共有4种设置状态，开发板目前只使用了其中的三种。不同的设置状态对应的启动设备如下所示：

BOOT1	BOOT2	启动设备
左	左	未使用
右	左	SSD
左	右	eMMC
右	右	TF 卡

1.2 硬件规格

CPU	4核64位ARM处理器 + AI处理器（昇腾310B4）
GPU	集成图形处理器
AI算力	8TOPS
内存	LPDDR4X，速率：3200Mbps
存储	板载32MB SPI Flash；TF 卡插槽；eMMC 插座，eMMC5.1 HS400；M.2 M-Key接口（2280，PCIe3.0X4）
以太网	支持10/100/1000Mbps
WiFi+蓝牙	支持2.4G和5G双频WIFI；BT4.2/BLE
USB	2个USB3.0 Host接口；1个Type-C接口（只支持USB3.0，不支持USB2.0），Micro USB x1 串口打印功能
摄像头	2个MIPI CSI 2Lane接口，兼容树莓派摄像头
显示	2个HDMI2.0 接口，Type-A TX 4K@60FPS；1个MIPI DSI 2Lane接口，via FPC connector
音频	1个3.5mm耳机孔，支持音频输入输出
GPIO	40 pin扩展口，用于扩展GPIO、UART、I2C、SPI、 I2S、PWM
按键	1个复位键，1个关机键，1个烧录按键
拨码开关	2个拨码开关：用于控制SD卡、eMMC和SSD启动选项
电源	支持Type-C供电，20V PD-65W适配器
LED灯	1个电源指示灯和1个软件可控指示灯
风扇接口	4pin，0.8mm间距，用于接12V风扇，支持PWM控制
电池接口	2pin，2.54mm间距，用于接3串电池，支持快充
调试串口	Micro USB接口的调试串口
支持的操作系统	Ubuntu 22.04和openEuler 22.03
板卡尺寸	107*68mm

2 上电

2.1 ubuntu 系统烧录与配置

OrangePi Kunpeng Pro 开发板的内存卡里面预装了官方的 openEuler 系统，这个系统之前没有接触过，使用起来不是很方便，因此自己重新安装了官方的 ubuntu-22.04 的操作系统。

2.1.1 系统烧录

• 先准备一张32GB或更大容量的TF卡，，TF卡的传输速度必须为class10级或class10级以上。
  把TF卡插入读卡器，再把读卡器插入windows电脑。

• 从官方ubuntu镜像下载OrangePi Ai Pro 的 ubuntu 镜像压缩包（因为目前官方只提供了 openEuler 的镜像，不过 OrangePi Ai Pro 的 ubuntu 镜像在 OrangePi Kunpeng Pro 上也可以完美使用）

• 下载用于烧录Linux镜像的软件——balenaEtcher，下载地址为：https://www.balena.io/etcher/

• 烧录系统到 TF 卡
  打开后的balenaEtcher界面如下图所示：
  

  使用balenaEtcher烧录 Linux镜像的具体步骤：

  • 选择要烧录的Linux镜像文件的路径。
  • 后选择TF卡的盘符
  • 点击Flash就会开始烧录Linux镜像到TF卡中。

  balenaEtcher 烧录 Linux 镜像的过程显示的界面如下图所示，进度条显示紫色表示正在烧录Linux镜像到TF卡中：
  

  镜像烧录完后，balenaEtcher默认还会对烧录到TF卡中的镜像进行校验，确保烧录过程没有出问题。
  

  我在烧录过程中，最后校验完成后提示校验失败，但是把卡插上开发板，还是能够进入 ubuntu 系统。这里校验失败可能就是前面使用了 OrangePi Ai Pro 的 ubuntu 镜像导致的，但是系统在 OrangePi Kunpeng Pro 上可以完美运行。

2.1.2 远程连接

• ssh 登录

Linux 系统默认都开启了ssh远程登录，并且允许root用户登录系统。ssh 登录之前先获取到开发板的 IP 地址，可以通过路由器后台查看，也可以连接显示器之后使用ifconfig命令查看。

然后就可以通过ssh命令远程登录Linux系统。 windows 下可以使用各种终端工具来登录，例如 MobaXterm、XShell。Linux 下直接在终端连接即可：

 ssh HwHiAiUser@192.168.xx.xxx

成功登录系统后的显示如下图所示：

• 安装并配置 VNC 服务

  sudo apt update
  sudo apt install tigervnc-standalone-server tigervnc-common # 安装TigerVNC服务器及其依赖项
  sudo systemctl stop ufw  #关闭防火墙
  
  vncserver # 提示输出密码，密码为后续vnc view登录该账户的密码。会自动创建一个vncserver 进程
  
  # 创建启动脚本
  vim ~/.vnc/xstartup
  # 并向其中添加以下内容：
  #!/bin/sh
  unset SESSION_MANAGER
  unset DBUS_SESSION_BUS_ADDRESS
  exec startxfce4
  sudo chmod +x ~/.vnc/xstartup
  
  # 启动
  vncserver :1  -geometry 1920x1080  -depth 24 -localhost no
  
  # 查看是否启动成功
  ps -aux |grep -i vnc
  
  # 设置开机自启vnc
  sudo vim ~/.bash_profile
  # 以下内容写入文件中
  vncserver :1  -geometry 1920x1080  -depth 24 -localhost no
  

• VNC 远程桌面登录
  这里输入开发板的 IP 和端口号
  

  在提示下输入密码即可进入远程桌面。这里应该是由于前面烧录的是 OrangePi Ai Pro 的 ubuntu 镜像，这里neofetch，命令打印的 Host 是 Orange Pi Ai Pro。
  

2.1.3 网络连接

OrangePi Kunpeng Pro 支持 wifi 和千兆有线网络。开发板上的无线网络天线信号非常好，比我的笔记本的要好用（不过由于我的路由器在夏天“高烧”，为了减轻路由器的压力，后面的测试都是通过网线连接有线网络进行的。小声称赞，千兆网口真好用，后面具体用到了再大声称赞。）。不过需要注意的是，在开发板上电的时候，不要让天线接触开发板，避免因为天线导电导致短路烧毁开发板。

避免因为动态 IP 在远程连接的时候需要查开发板的 IP，可以使用nmcli命令来设置静态IP地址。

如果要设置网口的静态IP地址，需要先将网线插入开发板，如果需要设置WIFI的静态IP地址，需要先连接好WIFI，然后再开始设置静态IP地址。

• 通过nmcli con show命令查看网络设备的名字
  

  • 哦豁灬是所连接的wifi的名称
  • Wired connection 1为以太网接口的名字

• 设置静态 IP 地址

  sudo nmcli con mod "Wired connection 1" \
    ipv4.addresses "192.168.1.110" \
    ipv4.gateway "192.168.1.1" \
    ipv4.dns "8.8.8.8" \
    ipv4.method "manual"
  

  • “Wired connection 1” 表示设置以太网口的静态 IP地址，如果需要设置 WIFI 的静态 IP 地址，修改为WIFI网络接口对应的名字（通过nmcli con show命令可以获取到）。
  • ipv4.addresses 后面是要设置的静态 IP地址，可以修改为自己想要设置的值。
  • ipv4.gateway 表示网关的地址

• 重启开发板

  sudo reboot
  

• 查看修改是否成功

  ip addr show eth0
  

2.1.4 散热风扇设置

由于 OrangePi Kunpeng Pro 在有负载的时候有一定的发热量，散热风扇默认的自动模式比较保守，转速有些低，可以把散热风扇切换为手动模式，并根据负载和发热情况设置合适的风扇调速比，使用npu-smi命令可以查询和控制PWM风扇。

• 使用 npi-smi info 命令可以查看 npu core 的信息，包括温度
  

  可以看出来。待机状态下 AICore 的温度为 49 摄氏度。

• 查询风扇模式

  sudo npu-smi info -t pwm-mode
  # wm-mode                       : auto，可以看到默认是自动模式
  
  # 有两种模式： manual：手动模式；auto：自动模式
  

• 查询风扇调速比

  sudo npu-smi info -t pwm-duty-ratio
  # pwm-duty-ratio(%)              : 15，可以看到待机状态自动挡的调速比为 15%
  

• 设置风扇模式为手动模式并来设置风扇的调速比

  sudo npu-smi set -t pwm-mode -d 0
    # Status                         : OK
    # Message                        : Set pwm manual mode success
  
  # 风扇使能模式。分为手动模式、自动模式。默认为自动模式。
  # 0：手动模式
  # 1：自动模式
  
  
  set -t pwm-duty-ratio -d 30           # 将风扇调速比设置为 30%
    # Status                         : OK
    # Message                        : Set pwm duty ratio 30 success
  
  

2.1.5 AI CPU 和 control CPU 设置

OrangePi Kunpeng Pro 使用的昇腾SOC总共有4个CPU，这4个CPU既可以设置为 control CPU，也可以设置为 AI CPU。默认情况下，controlCPU 和 AICPU 的分配数量为 3:1。使用npu-smi info -t cpu-num-cfg -i 0 -c 0命令可以查看下 controlCPU 和 AI CPU 的分配数量。

因此在默认情况下，在 CPU 跑满的时候，使用htop命令会看到有一个CPU的占用率始终接近0，这是正常的。因为这个CPU默认用于 AI CPU。

可以使用npu-smi info -t usages -i 0 -c 0命令查看 AI CPU 的使用率，

如果不需要使用 AI CPU，使用sudo npu-smi set -t cpu-num-cfg -i 0 -c 0 -v 0:4:0命令将4个CPU都设置为 control CPU。设置完后需要重启系统让配置生效。

2.1.6 设置 swap 内存

手上拿到的 OrangePi Kunpeng Pro 的内存是 8GB 的，考虑到后面可能会跑一些有一定内存需求的项目，可以通过Swap内存来扩展系统能使用的最大内存容量。

• 创建一个swap文件

   sudo fallocate -l 4G /swapfile       # 手上只有 32GB 的内存卡，装完 ubuntu 22.04 之后，只剩 11GB 了，考虑到后面配置环境开需要使用一部分，这里先暂时拓展 4GB 的 swap 内存
  

• 修改文件权限，确保只有root用户可以读写

  sudo chmod 600 /swapfile
  

• 把这个文件设置成swap空间

   sudo mkswap /swapfile
  

• 启用swap

  sudo swapon /swapfile
  
  # 修改/etc/fstab文件，使系统启动时自动加载此交换分区
  sudo vim /etc/fstab
  # 在文件末尾添加如下行：
  /swapfile  swap      swap    defaults   0       0
  

• 检查swap内存是否已经添加成功

  free -h
  

  

2.1.7 开发环境配置

• conda & pip 配置

  echo "export PATH=/usr/local/miniconda3:$PATH" >> ~/.bashrc  && source ~/.bashrc # 官方的ubuntu镜像自带 conda，但是不在环境变量中，需要把 conda 加入到环境变量
  
  # 进入 conda bash 环境
  conda activate base
  
  # 安装 pip
  sudo apt-get install python3-pip
  
  # 替换 pip 源
  mkdir ~/.pip
  sudo vim ~/.pip/pip.conf
  # 把文件内容修改为如下内容（清华源）
  [global]
  index-url = https://pypi.tuna.tsinghua.edu.cn/simple/ 
  [install]
  trusted-host = pypi.tuna.tsinghua.edu.cn
  

• 安装必要的 python 包

pip install torch transformers onnx protobuf onnxruntime cloudpickle decorator psutil scipy synr==0.5.0 tornado absl-py  getopt inspect multiprocessing

• C/C++ 环境
  官方的 ubuntu 镜像包含了 gcc/g++/cmake 等必要的工具了

3 性能测试

OrangePi Kunpeng Pro 的这个昇腾310B4处理器以前没有接触过，不知道实际性能怎么样，那就跑个分看看吧。

3.1 室温下CPU温度

在室温 22 摄氏度的条件下，待机状态下，使用npu-smi info命令查看CPU温度：43摄氏度

3.2 lscpu命令

可以看到，OrangePi Kunpeng Pro 的 BogoMIPS 是 96，MIPS 是 millions of instructions per second(百万条指令每秒)的缩写，其代表CPU的运算速度，是cpu性能的重要指标。但只能用来粗略计算处理器的性能，并不十分精确。

3.3 软件 CPU 跑分

这里使用 Sysbench 这个软件来测试CPU的性能。

Sysbench是一个开源的、模块化的、跨平台的多线程性能测试工具，可以用来进行CPU、内存、磁盘I/O、线程、数据库的性能测试。

安装使用命令 sudo apt-get install sysbench
测试CPU命令 sysbench cpu run

其中CPU speed: events per second是衡量CPU速度的指标。

在单线程下，OrangePi Kunpeng Pro 的是：2060.64

4 AI 应用样例体验

在官方的 ubuntu 镜像中预装了 JupyterLab 软件。Jupyter Lab 软件是一个基于web的交互式开发环境，集成了代码编辑器、终端、文件管理器等功能。

4.1 登录 juypterlab

# 切换到保存AI应用样例的目录下
cd samples/notebooks/

# 安装 jupyter
sudo apt-get install jupyter

# 执行start_notebook.sh脚本启动 Jupyter Lab
./start_notebook.sh

# 根据终端中打印出来的登录Jupyter Lab的网址链接在浏览器中登录JupyterLab软件

也可以利用官方的 sample 样例，自己写推理脚本来执行不同的 AI 应用。后面将自己编写推理脚本来执行AI 样例应用。

准备好训练好的 onnx 模型，可以直接使用 onnxruntime 来执行推理任务。为了进一步优化模型推理性能，更好的发挥 OrangePi Kunpeng Pro 硬件的 AI 性能，可以借助官方提供的工具将 onnx 模型转换为 om 模型进行使用，转换指令：

atc --model=yolov5s.onnx --framework=5 --output=yolo --input_format=NCHW --input_shape="input_image:1,3,640,640" --log=error --soc_version=Ascend310B1

其中转换参数的含义：

• –model，输入 onnx 模型的路径
• –framework，原始网络模型框架类型，5 表示 onnx
• –output，输出模型路径
• –input_format，输入 tensor 的内存配列方式
• –input_shape，指定模型输入数据的类型
• –log，日志级别
• –soc_version，昇腾 AI 处理器型号
• –input_fp16_nodes，指定输入数据类型为 fp16 的输入节点的名称
• –output_type，指定网络输出数据类型或者指定某个输出节点的输出类型

后面执行 AI 程序也都会把 onnx 转换成 om 模型来跑。

4.2 文字识别

OCR一般指 SceneText Recognition（场景文字识别），主要面向自然场景。

进入 ocr 样例目录：cd ~/samples/notebooks/02-ocr，可以看到目录下有两个模型，ctpn.om 是基于 faster rcnn 模型修改而来，作为检测模型负责找出图像或视频中的文字位置；svtr.om 是基于近几年十分流行的 vision transformer 模型，作为识别模型负责将图像信息转换为文本信息。

• 文字识别（OCR）的模型推理主要有以下几个步骤：

  • 前处理
    前处理的主要目的是将输入处理成模型需要的输入格式，最常见的比如NLP任务中使用的 tokenlizer，CV 任务中使用的标准化/色域转换/缩放等操作

  • CTPN
    CTPN 模型的前处理由简单的 resize 和 Normalization 组成，代码如下所示

    def preprocess(self, img):
        # resize image and convert dtype to fp32
        dst_img = cv2.resize(img, (int(self.model_width), int(self.model_height))).astype(np.float32)
    
        # normalization
        dst_img -= self.mean
        dst_img /= self.std
    
        # hwc to chw
        dst_img = dst_img.transpose((2, 0, 1))
    
        # chw to nchw
        dst_img = np.expand_dims(dst_img, axis=0)
        dst_img = np.ascontiguousarray(dst_img).astype(np.float32)
        return dst_img
    

  • SVTR
    SVTR 模型的前处理和 CTPN 稍有不一样，除了 resize 和 Normalization 之外，为了保证图片缩放后的宽高比以及符合模型输入的 shape，我们还需要对其做 Padding 操作，代码如下所示

    def preprocess(self, img):
        h, w, _ = img.shape
        ratio = w / h
        if math.ceil(ratio * self.model_height) > self.model_width:
            resize_w = self.model_width
        else:
            resize_w = math.ceil(ratio * self.model_height)
    
        img = cv2.resize(img, (resize_w, self.model_height))
    
        _, w, _ = img.shape
        padding_w = self.model_width - w
        img = cv2.copyMakeBorder(img, 0, 0, 0, padding_w, cv2.BORDER_CONSTANT, value=0.).astype(np.float32)
        img *= self.scale
        img -= self.mean
        img /= self.std
    
        # hwc to chw
        dst_img = img.transpose((2, 0, 1))
    
        # chw to nchw
        dst_img = np.expand_dims(dst_img, axis=0)
        dst_img = np.ascontiguousarray(dst_img).astype(np.float32)
    
        return dst_img
    

  • 推理接口
    两个模型的推理接口部分是相似的，在复制输入数据至模型输入的地址之后我们调用 execute api 就可以推理了

    def infer(self, tensor):
        np_ptr = acl.util.bytes_to_ptr(tensor.tobytes())
        # copy input data from host to device
        ret = acl.rt.memcpy(self.input_data[0]["buffer"], self.input_data[0]["size"], np_ptr,
                            self.input_data[0]["size"], ACL_MEMCPY_HOST_TO_DEVICE)
    
        # infer exec
        ret = acl.mdl.execute(self.model_id, self.load_input_dataset, self.load_output_dataset)
    
        inference_result = []
    
        for i, item in enumerate(self.output_data):
            buffer_host, ret = acl.rt.malloc_host(self.output_data[i]["size"])
            # copy output data from device to host
            ret = acl.rt.memcpy(buffer_host, self.output_data[i]["size"], self.output_data[i]["buffer"],
                                self.output_data[i]["size"], ACL_MEMCPY_DEVICE_TO_HOST)
    
            data = acl.util.ptr_to_bytes(buffer_host, self.output_data[i]['size'])
            data = np.frombuffer(data, dtype=self.output_dtypes[i]).reshape(self.output_shapes[i])
            inference_result.append(data)
    
        return inference_result
    

  • 后处理
    CTPN 与传统的检测模型的后处理相似，CTPN 的后处理也有着 NMS 等操作。与之不同的是 CTPN 使用了文本线构造方法使多个 bbox 组成了一个文本框:

    def postprocess(self, output):
        proposal = output[0]
        proposal_mask = output[1]
        all_box_tmp = proposal
        all_mask_tmp = np.expand_dims(proposal_mask, axis=1)
        using_boxes_mask = all_box_tmp * all_mask_tmp
        textsegs = using_boxes_mask[:, 0:4].astype(np.float32)
        scores = using_boxes_mask[:, 4].astype(np.float32)
        bboxes = detect(textsegs, scores[:, np.newaxis], (self.model_height, self.model_width))
        return bboxes
    

    svrt 与大部分文本识别模型相似，SVTR 的后处理就是一个简单的 Argmax 操作之后查表的过程:

    def postprocess(self, output):
        output = np.argmax(output[0], axis=2).reshape(-1)
        ans = []
        last_char = ''
        for i, char in enumerate(output):
            if char and self.labels[char] != last_char:
                ans.append(self.labels[char])
            last_char = self.labels[char]
        return ''.join(ans)
    

• 编写推理脚本infer.py：

import cv2
import numpy as np
import ipywidgets as widgets
from IPython.display import display
import torch
from skvideo.io import vreader, FFmpegWriter
import IPython.display
# from ais_bench.infer.interface import InferSession
import onnxruntime

from det_utils import letterbox, scale_coords, nms

def preprocess_image(image, cfg, bgr2rgb=True):
    """图片预处理"""
    img, scale_ratio, pad_size = letterbox(image, new_shape=cfg['input_shape'])
    if bgr2rgb:
        img = img[:, :, ::-1]
    img = img.transpose(2, 0, 1)  # HWC2CHW
    img = np.ascontiguousarray(img, dtype=np.float32)
    return img, scale_ratio, pad_size


def draw_bbox(bbox, img0, color, wt, names):
    """在图片上画预测框"""
    det_result_str = ''
    for idx, class_id in enumerate(bbox[:, 5]):
        if float(bbox[idx][4] < float(0.05)):
            continue
        img0 = cv2.rectangle(img0, (int(bbox[idx][0]), int(bbox[idx][1])), (int(bbox[idx][2]), int(bbox[idx][3])),
                             color, wt)
        img0 = cv2.putText(img0, str(idx) + ' ' + names[int(class_id)], (int(bbox[idx][0]), int(bbox[idx][1] + 16)),
                           cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, (0, 0, 255), 1)
        img0 = cv2.putText(img0, '{:.4f}'.format(bbox[idx][4]), (int(bbox[idx][0]), int(bbox[idx][1] + 32)),
                           cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 0.5, (0, 0, 255), 1)
        det_result_str += '{} {} {} {} {} {}\n'.format(
            names[bbox[idx][5]], str(bbox[idx][4]), bbox[idx][0], bbox[idx][1], bbox[idx][2], bbox[idx][3])
    return img0


def get_labels_from_txt(path):
    """从txt文件获取图片标签"""
    labels_dict = dict()
    with open(path) as f:
        for cat_id, label in enumerate(f.readlines()):
            labels_dict[cat_id] = label.strip()
    return labels_dict


def draw_prediction(pred, image, labels):
    """在图片上画出预测框并进行可视化展示"""
    imgbox = widgets.Image(format='jpg', height=720, width=1280)
    img_dw = draw_bbox(pred, image, (0, 255, 0), 2, labels)
    imgbox.value = cv2.imencode('.jpg', img_dw)[1].tobytes()
    display(imgbox)


def infer_image(img_path, model, class_names, cfg):
    """图片推理"""
    image = cv2.imread(img_path)
    img, scale_ratio, pad_size = preprocess_image(image, cfg)
    output = model.infer([img])[0]

    output = torch.tensor(output)
    boxout = nms(output, conf_thres=cfg["conf_thres"], iou_thres=cfg["iou_thres"])
    pred_all = boxout[0].numpy()
    scale_coords(cfg['input_shape'], pred_all[:, :4], image.shape, ratio_pad=(scale_ratio, pad_size))
    draw_prediction(pred_all, image, class_names)


def infer_frame_with_vis(image, model, labels_dict, cfg, bgr2rgb=True):
    # 数据预处理
    img, scale_ratio, pad_size = preprocess_image(image, cfg, bgr2rgb)
    # output = model.infer([img])[0]
    output = model.run([img])[0]

    output = torch.tensor(output)
    boxout = nms(output, conf_thres=cfg["conf_thres"], iou_thres=cfg["iou_thres"])
    pred_all = boxout[0].numpy()
    scale_coords(cfg['input_shape'], pred_all[:, :4], image.shape, ratio_pad=(scale_ratio, pad_size))
    img_vis = draw_bbox(pred_all, image, (0, 255, 0), 2, labels_dict)
    return img_vis


def img2bytes(image):
    """将图片转为字节码"""
    return bytes(cv2.imencode('.jpg', image)[1])


def infer_video(video_path, model, labels_dict, cfg):
    """视频推理"""
    image_widget = widgets.Image(format='jpeg', width=800, height=600)
    display(image_widget)

    cap = cv2.VideoCapture(video_path)
    while True:
        ret, img_frame = cap.read()
        if not ret:
            break
        image_pred = infer_frame_with_vis(img_frame, model, labels_dict, cfg, bgr2rgb=True)
        image_widget.value = img2bytes(image_pred)


def infer_camera(model, labels_dict, cfg):
    """外设摄像头实时推理"""
    def find_camera_index():
        max_index_to_check = 10  # Maximum index to check for camera

        for index in range(max_index_to_check):
            cap = cv2.VideoCapture(index)
            if cap.read()[0]:
                cap.release()
                return index

        # If no camera is found
        raise ValueError("No camera found.")

    camera_index = find_camera_index()
    cap = cv2.VideoCapture(camera_index)
    image_widget = widgets.Image(format='jpeg', width=1280, height=720)
    display(image_widget)
    while True:
        _, img_frame = cap.read()
        image_pred = infer_frame_with_vis(img_frame, model, labels_dict, cfg)
        image_widget.value = img2bytes(image_pred)


cfg = {
    'conf_thres': 0.4,  
    'iou_thres': 0.5,  
    'input_shape': [640, 640], 
}

model_path = 'yolo.om'
label_path = './coco_names.txt'
onnx_model_path = './yolov5s.onnx'
# model = InferSession(0, model_path)
model = onnxruntime.InferenceSession(onnx_model_path)
labels_dict = get_labels_from_txt(label_path)


infer_mode = 'video'

if infer_mode == 'image':
    img_path = 'world_cup.jpg'
    infer_image(img_path, model, labels_dict, cfg)
elif infer_mode == 'camera':
    infer_camera(model, labels_dict, cfg)
elif infer_mode == 'video':
    video_path = 'racing.mp4'
    infer_video(video_path, model, labels_dict, cfg)

• 开始推理

  python3 infer.py
  

推理脚本执行过程中会在 terminal 中输出识别到的文字信息：

待识别的图片是当前路径下的 sample.png:

除此之外，还会在当前目录下存储推理的结果到 infer_result 文件夹中：

打开 infer_result/sample_res.png，可以看到在到识别图片中使用红色的框框出了图片中的文字：

框选出的内容与 terminal 中输出的文字结果一致。

这里只跑了图片的 OCR，上面的推理代码也支持视频和摄像头的视频源的实时识别。

OrangePi Kunpeng Pro 具有强大的 AI 算力，执行 CV 模型毫无压力，出结果速度也非常快。前面 ocr 模型也使用到了 vision transformer 模型，那么，基于 transformer 的大语言模型是否也可以部署并轻松跑起来呢？

5 推理大模型

OrangePi Kunpeng Pro 在前面的 CV 模型的表现非常出色，那么对于当下火热的大语言模型，开发板表现如何呢？考虑到开发板的内存大小这里使用 Google 开源的 gemma-2b-it 模型进行实验。后面对模型进行量化的时候，再使用规模更大的 Meta 最新开源的 llama3-8b。

在这里，由于大语言模型的权重比较大，我使用的 tf 卡所剩空间不多，因此就把大模型的权重存放在另外一台机器上，这台机器和 OrangePi Kunpeng Pro 都通过网线连接到同一台千兆交换机上，再把这台机器的硬盘挂载到 OrangePi Kunpeng Pro 上。得益于 OrangePi Kunpeng Pro 的千兆网口，这里在跑大模型的时候，OrangePi Kunpeng Pro 从另一台机器上搬运模型权重的时候，网络带宽基本没有形成瓶颈。

5.1 pytorch 推理

这里为了方便写推理脚本，在 OrangePi Kunpeng Pro 的 workspace 下把挂载在 OrangePi Kunpeng Pro 上的硬盘内的 gemma-2b-it 软链接了过来。

Hugging Face 的 Transformers 已经支持了 Gemma 模型，使用 pytroch 直接推理 gemma-2b-it 很简单，推理脚本只需要几行就够了：

import torch
from transformers import AutoTokenizer, AutoModelForCausalLM, set_seed
set_seed(1234)  # For reproducibility
prompt = "The best recipe for pasta is"
checkpoint = "./gemma-2b-it"
tokenizer = AutoTokenizer.from_pretrained(checkpoint)
model = AutoModelForCausalLM.from_pretrained(checkpoint, torch_dtype=torch.float16, device_map="cpu")
inputs = tokenizer(prompt, return_tensors="pt").to('cpu')
outputs = model.generate(**inputs, do_sample=True, max_new_tokens=150)
result = tokenizer.decode(outputs[0], skip_special_tokens=True)
print(result)

直接执行脚本开始推理python3 run_gemma-2b-it.py。

在推理过程中，load 模型耗时比较久，这个过程需要把模型的权重从硬盘搬到内存中。对于 gemma-2b-it，load 模型花费了 224 秒：

由于这里使用 pytorch 进行推理，只能使用 CPU 来计算，因此也只能使用 float32 数据类型。在推理过程中，四个 control core 都满载了，内存占用为 5.85GB。

模型权重 load 进来之后，就是真正的推理过程了。推理过程耗时 282 秒：

由于是没有量化的模型，使用 pytorch 推理，基本没有精度损失，因此虽然 gemma-2b-it 的模型规模不大，但是模型的输出效果还是比较好的。

由于推理脚本中设置了max_new_tokens=150，可以看到最后模型的输出被截断了，因此这里一共输出了 150 个 tokens，那么很容易得到，使用 OrangePi Kunpeng Pro 纯 CPU 推理的情况下，gemma-2b-it 能达到 0.53 tokens/s。这个结果还是挺超出预期的，毕竟是使用 CPU 推理，并且跑的是 float32的，能跑出来已经很惊喜了。

5.2 使用 llama.cpp 量化部署

让 OrangePi Kunpeng Pro 的 CPU 使用 float32 进行大模型推理确实是有些难为它了。对于大模型推理这种对数据精度要求不高，并且还是在这种边缘计算定位的设备上，还是先将模型量化到低精度再跑更合适一些。考虑到 OrangePi Kunpeng Pro 的 npu 的特殊性，这里还是选择使用 CPU 来跑推理，因此使用 llama.cpp 来对模型进行量化和部署。

• 克隆和编译llama.cpp，拉取 llama.cpp 仓库最新代码

  git clone https://github.com/ggerganov/llama.cpp.git
  

• 对llama.cpp项目进行编译，生成./main（用于推理）和./quantize（用于量化）二进制文件

  make -j4
  

开发板的CPU算力和内存有限，可以在PC上使用 llama.cpp 对大模型进行量化编译处理，详细操作可以参考 使用llama.cpp量化部署LLM。

使用在PC上量化编译好的 .gguf 格式的模型，在开发板上运行大语言模型。

推理量化至 2bit 的 gemma-2b-it 模型

在 llama.cpp 根目录下，执行命令 ./main -m /rpi_hdd2/gemma-2b-it/ggml-model-q2_k.gguf --color -f prompts/alpaca.txt -ins -c 2048 --temp 0.2 -n 256 --repeat_penalty 1.3 来推理量化至 2bit 的 gemma-2b-it 模型：

使用和 pytorch 推理的时候相同的提示词，这次的推理速度快了很多，最后的结果统计里可以看到，真正的推理阶段的速度有 4.36 tokens/s。但是由于 gemma-2b-it 模型本身模型规模很小，并且被量化到了 2bit，精度损失非常大，因此回答的结果不尽人意，甚至都乱码了。

推理量化至 2bit 的 llama3-8b 模型

那么使用更大规模的模型呢？我们紧接着跑量化至 2bit 的 llama3-8b 模型，命令./main -m /rpi_hdd2/llama_cpp_model/ggml-model-q2_k.gguf --color -f prompts/alpaca.txt -ins -c 2048 --temp 0.2 -n 256 --repeat_penalty 1.3:

使用更大规模的模型，量化至 2bit 的 llama3-8b 模型的输出就好很多了，同时推理速度也下降到了 1.56 tokens/s，但是模型的回答效果好了很多:

推理量化至 4bit 的 llama3-8b 模型

我们把 llama3-8b 量化到 4bit，继续使用 CPU 推理./main -m /rpi_hdd2/llama_cpp_model/ggml-model-q4_0.gguf --color -f prompts/alpaca.txt -ins -c 2048 --temp 0.2 -n 256 --repeat_penalty 1.3:

随着量化精度的提高，模型的回答效果肉眼可见的变好了，并且还能够保持 1.47 tokens/s的推理速度，与 2bit 的模型推理速度差距很小。

5.3 优化方向

前面的方式都是使用 CPU 来跑的大模型退，没有真正发挥出 OrangePi Kunpeng Pro 的AI性能，本次测评时间有限，后面还会尝试将大语言模型转换成 OrangePi Kunpeng Pro 支持的 om 模型，更多地调用 OrangePi Kunpeng Pro 的 AI core，进一步发掘开发板的 AI 性能，相信 OrangePi Kunpeng Pro 在大语言模型上会有更加亮眼的表现。

6 总结

开发板的整体体验远超出预期，作为低功耗 AI 边缘计算开发板，支持Ubuntu、openEuler操作系统，能够满足大多数AI算法原型验证、推理应用开发的需求，结合昇腾 AI 生态支持，在 CV 网络上的表现令人满意。更让人意外的是，甚至对于大语言模型也有一战之力。

开发板是一块很值得尝试的开发板，IO 接口丰富，拓展性强，可玩性很高，可广泛适用于AI边缘计算、深度视觉学习及视频流AI分析、视频图像分析、自然语言处理、智能小车、机械臂、人工智能、无人机、云计算、AR/VR、智能安防、智能家居等领域。