TPU-MLIR编译部署算法

news2024/12/25 9:02:47

注意： 由于SOPHGO SE5微服务器的CPU是基于ARM架构，以下步骤将在基于x86架构CPU的开发环境中完成

  • 初始化开发环境(基于x86架构CPU的开发环境中完成)
  • 模型转换 (基于x86架构CPU的开发环境中完成)

处理后的PP-OCR项目文件将被拷贝至 SE5微服务器 上进行推理测试

开发环境配置

【x86架构CPU的开发环境】

  • 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)
      在这里插入图片描述

（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

在这里插入图片描述

（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

本文是在SOPHGO PCIE 1684X/1684云平台上实现

**注意：**如果是在SOPHGO提供的1684X/1684 PCIE云平台上，则无需创建和进入docker，直接加载tpu-mlir并激活环境变量即可。如下命令直接source：

cd tpu-mlir_xxxx/
source tpu-mlir_xxxx-xxxx/envsetup.sh

在这里插入图片描述

实现PP-OCR的文字识别算法模型的转换和量化

1、模型转换

【x86架构CPU的开发环境】

（1）下载SOPHON示例仓库-PP-OCR算法移植代码：

git clone https://github.com/sophon-ai-algo/examples.git
# PP-OCR示例项目代码位置 /examples/simple/PP-OCRv2

（2）将checkpoints模型 转换为 inference模型

PaddlePaddle 支持导出 inference 模型用于部署推理场景，相比于训练调优场景，inference 模型会将网络权重与网络结构进行持久化存储，并且
PaddlePaddle 支持使用预测引擎加载 inference 模型进行预测推理。
参考：https://gitee.com/paddlepaddle/PaddleClas/blob/release/2.3/docs/zh_CN/inference_deployment/export_model.md
超轻量PP-OCRv2系列包含三个模型：检测（3.1M）+ 方向分类器（1.4M）+ 识别（8.5M）= 13.0M
可以直接通过运行SOPHON示例项目中的脚本下载转换好的inference模型：

通过脚本下载需要的数据和模型：

# 进入项目
cd /examples/simple/PP-OCRv2/
# 执行脚本下载数据和模型
./scripts/download.sh

下载过程图：
在这里插入图片描述

下载的模型存放目录为 PP-OCRv2/data/models

下载的模型包括：
ch_PP-OCRv2_det_infer: 文本检测模型
ch_PP-OCRv2_rec_infer: 文本识别模型
ch_ppocr_mobile_v2.0_cls_infer: 文本方向分类模型
下载的数据包括：
ppocr_img: 用于测试的相关图片

在这里插入图片描述

每一个模型文件夹下都是模型权重和参数：
在这里插入图片描述

ppocr_img包含测试图片：
在这里插入图片描述

（3）转换为ONNX格式模型

由于目前只支持ONNX、TFLite和Caffe模型直接转换F32和Int8，PyTorch、PaddlePaddle和TensorFlow则需要转换为中间格式ONNX才能通过MLIR转换F32和Int8。

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
$ cd /PP-OCRv2/data/models/
$ paddle2onnx  --model_dir ./ch_xxxxxxx_xxx_infer \ 
#xxx表示可以是PP-OCRv2_det也可以是rec，又或者是ppocr_mobile_v2.0_cls（即下载的几个模型文件所在文件夹）
          --model_filename inference.pdmodel \
          --params_filename inference.pdiparams \
          --opset_version 13 \
          --save_file pp_ocrv2.onnx

运行完以上所有命令后我们将获得一个名为pp_ocrv2.onnx的onnx模型。

在这里插入图片描述

（4）ONNX转换MLIR模型

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。参考yolov5s的rgb图片，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:

$ mkdir workspace && cd workspace
$ model_transform.py \
    --model_name pp_ocrv2 \
    --model_def ../pp_ocrv2.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 \
    --test_input ../../images/ppocr_img/imgs/1.jpg \
    --test_result pp_ocrv2_top_outputs.npz \
    --mlir pp_ocrv2.mlir \
    #--post_handle_type yolo 此参数可以不加，防止后边的npz文件compare时报错

model_transform.py 支持的参数如下:

参数名必选？说明
model_name是指定模型名称
model_def是指定模型定义文件, 比如.onnx或.tflite或.prototxt文件
input_shapes否指定输入的shape, 例如[[1,3,640,640]]; 二维数组, 可以支持多输入情况
resize_dims否原始图片需要resize之后的尺寸; 如果不指定, 则resize成模型的输入尺寸
keep_aspect_ratio否在Resize时是否保持长宽比, 默认为false; 设置时会对不足部分补0
mean否图像每个通道的均值, 默认为0.0,0.0,0.0
scale否图片每个通道的比值, 默认为1.0,1.0,1.0
pixel_format否图片类型, 可以是rgb、bgr、gray、rgbd四种情况
output_names否指定输出的名称, 如果不指定, 则用模型的输出; 指定后用该指定名称做输出
test_input否指定输入文件用于验证, 可以是图片或npy或npz; 可以不指定, 则不会正确性验证
test_result否指定验证后的输出文件
excepts否指定需要排除验证的网络层的名称, 多个用,隔开
mlir是指定输出的mlir文件名称和路径
post_handle_type否将后处理融合到模型中，指定后处理类型， 比如yolo、ssd

转成mlir文件后, 会生成一个 ${model_name}_in_f32.npz 文件如下, 该文件是模型的输入文件。
在这里插入图片描述

（5）MLIR转换F32模型

将mlir文件转换成f32的bmodel, 操作方法如下:

$ vi mlir2f32.sh
#将下列命令写入到mlir2f32.sh文件中,这样方便日后代码复现
model_deploy.py \
    --mlir pp_ocrv2.mlir \
    --quantize F32 \
    --chip bm1684x \
    --test_input pp_ocrv2_in_f32.npz \
    --test_reference pp_ocrv2_top_outputs.npz \ #这一步的test_reference要和上一步的test_result保持一致
    --tolerance 0.99,0.99 \
    --model pp_ocrv2_1684x_f32.bmodel
$ sh mlir2f32.sh

model_deploy.py 的相关参数说明如下:

参数名必选？说明
mlir是指定mlir文件
quantize是指定默认量化类型, 支持F32/F16/BF16/INT8
chip是指定模型将要用到的平台, 支持bm1684x/bm1684/cv183x/cv182x/cv181x/cv180x
calibration_table否指定校准表路径, 当存在INT8量化的时候需要校准表
tolerance否表示 MLIR 量化后的结果与 MLIR fp32推理结果相似度的误差容忍度
test_input否指定输入文件用于验证, 可以是图片或npy或npz; 可以不指定, 则不会正确性验证
test_reference否用于验证模型正确性的参考数据(使用npz格式)。其为各算子的计算结果
compare_all否验证正确性时是否比较所有中间结果, 默认不比较中间结果
excepts否指定需要排除验证的网络层的名称, 多个用,隔开
fuse_preprocess否是否将预处理放入模型中做,目前只支持CV18xx系列的芯片,后面的章节会进行介绍
customization_format否指定输入到模型的图像格式,与预处理有关,一般不需要指定
aligned_input否是否将对输入数据做对齐,只支持CV18xx系列的芯片,后面的章节会进行介绍
model是指定输出的model文件名称和路径

编译完成后, 会生成名为 ${model_name}_1684x_f32.bmodel 的文件如下：
在这里插入图片描述

（6）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20张ppocr_img的图片举例, 执行calibration:

$ vi cali_table.sh
# 将下列命令写入sh文件中，这样做方便日后命令复现
run_calibration.py pp_ocrv2.mlir \
    --dataset  ../../images/ppocr_img/imgs \
    --input_num 20 \
    -o ppocr_cali_table
$ sh cali_table.sh

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生成校准表过程图：
在这里插入图片描述
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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。

在这里插入图片描述

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:

$ vi mlir2int8.sh
model_deploy.py \
    --mlir pp_ocrv2.mlir \
    --quantize INT8 \
    --calibration_table ppocr_cali_table \
    --chip bm1684x \
    --test_input pp_ocrv2_in_f32.npz \
    --test_reference pp_ocrv2_top_outputs.npz \
    --tolerance 0.85,0.45 \
    --model pp_ocrv2_1684x_int8_sym.bmodel
$ sh mlir2int8.sh

转换过程输出内容如下：

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

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 pp_ocrv2.mlir \
    --quantize INT8 \
    --asymmetric \
    --calibration_table pp_ocrv2_cali_table \
    --chip bm1684x \
    --test_input pp_ocrv2_in_f32.npz \
    --test_reference pp_ocrv2_top_outputs.npz \
    --tolerance 0.90,0.55 \
    --model pp_ocrv2_1684x_int8_asym.bmodel

在这里插入图片描述

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

在这里插入图片描述

问题及解决方法

【问题】npz文件找不到或者报错error:npz_tool.py RuntimeError等。

【解决办法】首先检查deploy.py的test_result的输出npz文件名和转换F32时的test_reference的npz文件名称保持一致；其次检查输如shape等参数信息的一致性。

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