查看“0023 MP2.5GTPU(M.2 E)”的源代码

== '''关键词''' ==
树莓派5、PCIe、Switch、RL8125、2.5Gbps、以太网、iperf3测速、TPU、DTPU、驱动安装、操作演示、AI、google、Coral、M.2 E key

== '''一、简介''' ==
树莓派5具备一个16Pin的PCIe接口，我们可以利用该接口进行多种外设的扩展。这次我们利用PCIe接口，一路为M.2 E key接口，可外接A+E Key接口的TPU模组，一路通过RTL8125芯片2.5Gbps以太网扩展。该扩展板的2.5G以太网在树莓派系统下无需驱动上电后即可自动识别成eth1。如果使用Ubuntu系统则需要先安装RTL8125的驱动才可使用。而Coral M.2加速器是一款M.2尺寸的模组，可以通过PCIE接口为树莓派等平台扩展边缘TPU协处理器。

== '''二、硬件资源''' ==
1. 采用0.5mm 16P PCIe线连接树莓派5的PCIE接口；

2. 一路PCIe扩展2.5Gbps以太网；

3. 一路PCIe扩展M.2 E-key接口，用于接Google coral Edge TPU，树莓派官方OS加载驱动；

4. 2.5Gbps以太网在树莓派官方OS和Openwrt系统免驱，Ubuntu系统下需安装驱动；

5. 采用优质电子元器件和沉金工艺，无铅生产；PCB板通过UL和ROHS认证,防火等级94V-0；

6. 四个M2.5固定孔，板子上方内凹设计，方便40Pin GPIO的操作使用；

http://www.mcuzone.com/wiki/0023_MP2_5GTPU/0023_MP2_5GTPU_01.jpg

== '''三、系统烧写及设置''' ==

=== 3.1 概述 ===
本文档采用树莓派OS、Ubuntu OS和OpenWrt系统进行测试。

1) 树莓派OS的版本为2024-07-04-raspios-bookworm-arm64.img.xz，树莓派OS下载地址：

https://www.raspberrypi.com/software/operating-systems/#raspberry-pi-os-64-bit

'''''注意：如果需要在树莓派OS下运行TPU模组，烧写系统用的TF卡的容量至少为16G，否则可能会在安装配置过程中报空间不足！'''''

2) Ubuntu OS的版本为ubuntu-24.04-preinstalled-desktop-arm64+raspi.img.xz，Ubuntu OS下载地址：

https://ubuntu.com/download/raspberry-pi

3) OpenWrt系统版本为：openwrt-bcm27xx-bcm2712-rpi-5-squashfs-sysupgrade-linux-6.1.100-20240805.img.gz

=== 3.2 系统烧写在SD（TF）卡上 ===
[[0005 MPS2242 2280 2280P（单SSD扩展板）#3.2 从TF卡启动|点击直达烧写方法说明]]。

== '''四、树莓派系统下使用演示''' ==

=== 4.1 Internet网络测试 ===
MP2.5GTPU扩展板上的2.5G网口在树莓派OS下免驱即插即用，系统起来后，在树莓派终端中输入ifconfig -a命令，2.5G网口被识别为eth1：

http://www.mcuzone.com/wiki/0015_MP2_5G/0015_MP2_5G_01.jpg

使用[https://test.ustc.edu.cn/ 中国科技大学测速网站]，对2.5G网口连外网（200M宽带）测速，结果如下：

http://www.mcuzone.com/wiki/0015_MP2_5G/0015_MP2_5G_02.jpg

'''''注意：网络测速受网络环境和测试方法影响，速度请以实际为准，本测试仅供参考。'''''

=== 4.2 2.5G内网测试 ===
安装网络测速工具iperf3：

<code>sudo apt install iperf3</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0008_MPS2_5G/0008_MPS2_5G_04.jpg

利用iperf3，通过2.5G路由器，在树莓派OS与PC之间进行测速。

'''eth1测速结果如下：'''

当树莓派OS作为client时，速度大约为2.35Gbps：

http://www.mcuzone.com/wiki/0015_MP2_5G/0015_MP2_5G_03.jpg

当树莓派OS作为server时，速度大约为1.82Gbps：

http://www.mcuzone.com/wiki/0015_MP2_5G/0015_MP2_5G_04.jpg

'''''注意：网络测速受网络环境和测试方法影响，速度请以实际为准，本测试仅供参考。'''''

== '''五、Ubuntu系统下使用演示''' ==

=== 5.1 安装Ubuntu系统下RTL8125驱动 ===
MP2.5GTPU扩展板上的2.5G网口在Ubuntu系统下不能即插即用，需要安装RTL8125驱动。

因为树莓派5的无线网卡模块在Ubuntu系统下是即插即用的，所以我们需要使用无线网卡连接无线网络：

http://www.mcuzone.com/wiki/0009_MP2_5GD/0009_MP2_5GD_11.jpg

也可以使用网线连接树莓派5上的原生网口。

Ubuntu系统默认不安装ifconfig工具，所以需要手动安装：

<code>sudo apt install net-tools</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0008_MPS2_5G/0008_MPS2_5G_13.jpg

输入<code>ifconfig -a</code>，可见此时并没有显示2.5G网卡：

http://www.mcuzone.com/wiki/0009_MP2_5GD/0009_MP2_5GD_12.jpg

接下来我们开始安装RTL8125驱动。

首先需要更新系统：

<code>sudo apt-get update</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0009_MP2_5GD/0009_MP2_5GD_13.jpg

接着准备编译环境：

<code>sudo apt-get install --reinstall linux-headers-$(uname -r) linux-headers-generic build-essential dkms</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0009_MP2_5GD/0009_MP2_5GD_14.jpg

然后安装驱动：

<code>sudo apt-get install r8125-dkms</code>

按提示安装即可：

http://www.mcuzone.com/wiki/0009_MP2_5GD/0009_MP2_5GD_15.jpg

安装完成后输入：

<code>sudo modprobe r8125</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0009_MP2_5GD/0009_MP2_5GD_16.jpg

输入<code>ifconfig -a</code>就可以看到一个enxxx的网卡接口，这样就安装完毕2.5G网卡驱动：

http://www.mcuzone.com/wiki/0015_MP2_5G/0015_MP2_5G_05.jpg

=== 5.2 Internet网络测试 ===
将2.5G网口连外网（200M宽带）测速，结果如下：

http://www.mcuzone.com/wiki/0015_MP2_5G/0015_MP2_5G_06.jpg

'''''注意：网络测速受网络环境和测试方法影响，速度请以实际为准，本测试仅供参考。'''''

如果使用Ubuntu内置的Firefox浏览器时运行速度很慢或者经常无响应，建议安装轻量浏览器Falkon：

<code>sudo apt install falkon</code>

=== 5.3 2.5G内网测试 ===
安装网络测速软件iperf3：

<code>sudo apt install iperf3</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0009_MP2_5GD/0009_MP2_5GD_20.jpg

利用iperf3，在Ubuntu系统与PC之间进行测速。

'''测速结果如下：'''

当Ubuntu系统作为client时，速度大约为2.35Gbps：

http://www.mcuzone.com/wiki/0015_MP2_5G/0015_MP2_5G_07.jpg

当Ubuntu系统作为server时，速度大约为1.85Gbps：

http://www.mcuzone.com/wiki/0015_MP2_5G/0015_MP2_5G_08.jpg

'''''注意：网络测速受网络环境和测试方法影响，速度请以实际为准，本测试仅供参考。'''''

== '''六、OpenWrt系统操作演示''' ==

=== 6.1 概述 ===
MP2.5GTPU扩展板在OpenWrt系统下，默认树莓派上的原生千兆网口为LAN口，我们可以把扩展板上的2.5G网口作为LAN口，而把树莓派5上的原生网口作为WAN口，这样就能利用2.5G网口在内网高速传输文件。

=== 6.2 准备工作 ===
烧写OpenWrt系统并上电启动后，我们将网线一端插在树莓派5的原生网口上，另一端插在PC上，待PC的网卡与树莓派5上的网口连接成功后，我们在Windows设置中找到网络和Internet，在以太网中打开连接的网络查看默认网关的IP地址，这个地址就是OpenWrt系统的后台配置页面地址，如图所示，本文测试的地址为192.168.198.1：

http://www.mcuzone.com/wiki/2001_CM4_Ultra/2001_CM4_Ultra_53.jpg

然后打开网页浏览器输入192.168.198.1进入OpenWrt系统。默认用户名为<code>root</code>，默认密码为<code>password</code>：

http://www.mcuzone.com/wiki/2001_CM4_Ultra/2001_CM4_Ultra_54.jpg

=== 6.3 MP2.5GTPU的2.5G网口的配置和应用 ===
进入“系统 - TTYD终端”，输入ifconfig -a命令，可以看到有eth0和eth1两个网口，其中eth0为树莓派5的原生网口，eth1为扩展板的2.5G网口：

http://www.mcuzone.com/wiki/0015_MP2_5G/0015_MP2_5G_09.jpg

我们使用的宽带一般不会超过千兆，为了获得更好的内网性能，建议将树莓派5的原生千兆配置从默认的LAN配置为WAN，然后把扩展板的2.5G以太网口配置为LAN。

点击“网络 - 接口”，点击“修改”：

http://www.mcuzone.com/wiki/0015_MP2_5G/0015_MP2_5G_10.jpg

在“物理设置”中，把eth1选中，然后点击“保存&应用”按钮：

http://www.mcuzone.com/wiki/0015_MP2_5G/0015_MP2_5G_11.jpg

将网线从树莓派5的原生网口中拔出，插入2.5G网口，待PC的网卡与2.5G网口连接成功后，我们刷新管理页面，点击“网络 - 接口”，点击“修改”：

http://www.mcuzone.com/wiki/0015_MP2_5G/0015_MP2_5G_12.jpg

在“物理设置”中，把eth0前面的勾去掉，然后点击“保存”按钮：

http://www.mcuzone.com/wiki/0015_MP2_5G/0015_MP2_5G_13.jpg

回到“网络 - 接口”，点击“添加新接口”：

http://www.mcuzone.com/wiki/0015_MP2_5G/0015_MP2_5G_14.jpg

接口名称设置为WAN，接口协议选择DHCP客户端，接口选择eth0后点击“提交”按钮：

http://www.mcuzone.com/wiki/0015_MP2_5G/0015_MP2_5G_15.jpg

在防火墙设置中选择WAN口后点击“保存&应用”按钮：

http://www.mcuzone.com/wiki/0015_MP2_5G/0015_MP2_5G_16.jpg

把连接Internet网络的网线插到树莓派5的原生网口上，然后回到“网络 - 接口”，稍等片刻，就可以看见新建的WAN接口获取了IP地址，这样PC就可以通过连接2.5G网口进入内网上网了，此时网络结构为千兆网口（接Internet，树莓派上）进，2.5G网口（接内网，扩展板上）出：

http://www.mcuzone.com/wiki/0015_MP2_5G/0015_MP2_5G_17.jpg

我们在树莓派5的USB3.0接口上插入一个支持USB3.0的U盘或者移动硬盘，参考下面链接，将这个U盘或者移动硬盘配置为共享目录：

[[2001 CM4 Ultra（CM4核心板的扩展板）#5.5 SSD硬盘测试|设置SSD硬盘为共享目录]]

设置完毕后，我们在资源管理器中输入<code>\\192.168.198.1</code>（地址为扩展板的地址，视实际情况而不同），就能看到所映射的共享目录了：

http://www.mcuzone.com/wiki/0015_MP2_5G/0015_MP2_5G_18.jpg

将任意文件拖拽到桌面进行读取速度测试：

http://www.mcuzone.com/wiki/0015_MP2_5G/0015_MP2_5G_19.jpg

将任意文件拖拽到SSD进行写入速度测试：

http://www.mcuzone.com/wiki/0015_MP2_5G/0015_MP2_5G_20.jpg

'''''注意：网络测速受网络环境和测试方法影响，速度请以实际为准，本测试仅供参考。'''''

=== 6.4 其它应用 ===
树莓派5的无线模块可以作为无线AP，也可以作为无线WAN口，关于这些应用的实现，请参考下列链接：

[[0008 MPS2.5G（SSD和2.5G以太网）#6.4 树莓派5的无线模块作为无线AP|树莓派5的无线模块作为无线AP]]

[[0008 MPS2.5G（SSD和2.5G以太网）#6.5 PC通过树莓派5的无线模块上网|PC通过树莓派5的无线模块上网]]

== '''七、树莓派OS运行TPU模组''' ==
本章介绍如何在树莓派OS运行TPU模组。

'''''注意：此操作演示需要确保能稳定连通外网（需自备方法），否则许多文件无法下载或下载不全，最后可能会造成代码运行失败。'''''

=== 7.1 配置config.txt ===
系统启动后打开树莓派终端输入命令：

<code>sudo nano /boot/firmware/config.txt</code>

或者：

<code>sudo mousepad /boot/firmware/config.txt</code>

在文件最下方添加以下代码：

<code>dtparam=pciex1</code>

<code>kernel=kernel8.img</code>

<code>dtoverlay=pineboards-hat-ai</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0006_MPW7_TPU/0006_MPW7_TPU_01.jpg

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代码添加成功后，保存并重启系统：

<code>sudo reboot</code>

=== 7.2 确认软件环境 ===
系统重启后打开打开树莓派终端输入命令：

<code>uname -r</code>

确保内核版本大于4.18后输入：

<code>lsmod | grep apex</code>

确保没有输出则可以开始安装TPU驱动。

http://www.mcuzone.com/wiki/0006_MPW7_TPU/0006_MPW7_TPU_03.jpg

=== 7.3 安装必要软件 ===
确保网络能连通外网（需自备方法）后，添加Google TPU软件库：

<code>echo "deb <nowiki>https://packages.cloud.google.com/apt</nowiki> coral-edgetpu-stable main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/coral-edgetpu.list</code>

<code>curl <nowiki>https://packages.cloud.google.com/apt/doc/apt-key.gpg</nowiki> | sudo apt-key add -</code>

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添加完成后更新软件列表：

<code>sudo apt-get update</code>

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更新完成后安装必要的软件：

<code>sudo apt-get install cmake libedgetpu1-std devscripts debhelper dkms dh-dkms</code>

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=== 7.4 安装Gasket Driver ===
依次输入以下命令安装Gasket Driver：

<code>git clone <nowiki>https://github.com/google/gasket-driver.git</nowiki></code>

<code>cd gasket-driver</code>

<code>sudo debuild -us -uc -tc -b</code>

<code>cd ..</code>

<code>sudo dpkg -i gasket-dkms_1.0-18_all.deb</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0006_MPW7_TPU/0006_MPW7_TPU_09.jpg

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安装完成后输入以下命令确保驱动以及软件安装成功：

<code>sudo apt-get install gasket-dkms libedgetpu1-std</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0006_MPW7_TPU/0006_MPW7_TPU_12.jpg

接下来添加udev rule去获得设备操作权限：

<code>sudo sh -c "echo 'SUBSYSTEM==\"apex\", MODE=\"0660\", GROUP=\"apex\"' >> /etc/udev/rules.d/65-apex.rules"</code>

添加用户到apex：

<code>sudo groupadd apex</code>

<code>sudo adduser $USER apex</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0006_MPW7_TPU/0006_MPW7_TPU_13.jpg

设置完成后重启系统：

<code>sudo reboot</code>

=== 7.5 验证模块检测以及驱动安装 ===
系统启动后验证模块检测以及驱动安装：

<code>lspci -nn | grep 089a</code>

这里需要看到TPU模块，如下图所示（具体参数显示以实际为准）：

<code>ls /dev/apex_0</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0006_MPW7_TPU/0006_MPW7_TPU_14.jpg

这里插了一个TPU模块，因此可以看到一个TPU模块。

输入<code>sudo lspci -v</code>可以看到驱动加载，其中必须包括TPU驱动，如果插了SSD硬盘，还需要包括SSD模块，如下图所示：

http://www.mcuzone.com/wiki/0013_MPTPU_M/0013_MPTPU_M_01.jpg

=== 7.6 代码运行环境配置 ===
Google TPU模块代码运行需要在Python3.6-3.9之间，而树莓派最新系统的Python版本为3.11，因此我们需要使用Pyenv来下载老版本Python。

首先进行依赖安装：

<code>sudo apt-get install -y make build-essential libssl-dev zlib1g-dev \libbz2-dev libreadline-dev libsqlite3-dev wget curl llvm libncurses5-dev \libncursesw5-dev xz-utils tk-dev libffi-dev liblzma-dev python3-openssl</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0006_MPW7_TPU/0006_MPW7_TPU_17.jpg

http://www.mcuzone.com/wiki/0006_MPW7_TPU/0006_MPW7_TPU_18.jpg

依赖安装完成后进行pyenv的安装：

<code>curl <nowiki>https://pyenv.run</nowiki> | bash</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0006_MPW7_TPU/0006_MPW7_TPU_19.jpg

输入：

<code>sudo nano ~/.bashrc</code>

或者：

<code>sudo mousepad ~/.bashrc</code>

在文件最下面添加以下代码：

<code>export PYENV_ROOT="$HOME/.pyenv"</code>

<code><nowiki>[[ -d $PYENV_ROOT/bin ]]</nowiki> && export PATH="$PYENV_ROOT/bin:$PATH"</code>

<code>eval "$(pyenv init -)"</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0006_MPW7_TPU/0006_MPW7_TPU_36.jpg

http://www.mcuzone.com/wiki/0006_MPW7_TPU/0006_MPW7_TPU_21.jpg

添加完成后保存退出并重新加载shell：

<code>exec "$SHELL"</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0006_MPW7_TPU/0006_MPW7_TPU_22.jpg

接下来我们可以利用pyenv安装老系统版本Python：

<code>pyenv install -v 3.8.8</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0006_MPW7_TPU/0006_MPW7_TPU_23.jpg

http://www.mcuzone.com/wiki/0006_MPW7_TPU/0006_MPW7_TPU_24.jpg

等待安装成功后我们将系统Python版本更改为3.8.8：

<code>pyenv global 3.8.8</code>

更改成功后可以查看当前Python使用版本为3.8.8：

<code>pyenv versions</code>

<code>python3 -V</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0006_MPW7_TPU/0006_MPW7_TPU_25.jpg

=== 7.7 下载代码和运行模组 ===
依次输入以下命令进行下载：

<code>mkdir coral && cd coral</code>

<code>git clone <nowiki>https://github.com/google-coral/pycoral.git</nowiki></code>

<code>cd pycoral</code>

<code>cd test_data</code>

<code>git clone <nowiki>https://github.com/google-coral/test_data.git</nowiki></code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0006_MPW7_TPU/0006_MPW7_TPU_26.jpg

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接下来下载代码运行模组

<code>pip3 install numpy</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0006_MPW7_TPU/0006_MPW7_TPU_28.jpg

<code>pip3 install Pillow</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0006_MPW7_TPU/0006_MPW7_TPU_29.jpg

<code>pip3 install --extra-index-url <nowiki>https://google-coral.github.io/py-repo/</nowiki> pycoral</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0006_MPW7_TPU/0006_MPW7_TPU_30.jpg

=== 7.8 运行代码 ===
模组下载完成后返回 coral/pycoral路径下

<code>cd ..</code>

输入以下代码进行代码运行

http://www.mcuzone.com/wiki/0006_MPW7_TPU/0006_MPW7_TPU_39.jpg

注意：我们可以复制下列代码，但是请先粘贴到文本软件中，按照上图的格式，删除多余的回车符，再复制然后粘贴到终端中运行：

<code>python3 examples/classify_image.py \</code>

<code>--model test_data/test_data/mobilenet_v2_1.0_224_inat_bird_quant_edgetpu.tflite \</code>

<code>--labels test_data/test_data/inat_bird_labels.txt \</code>

<code>--input test_data/test_data/parrot.jpg</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0006_MPW7_TPU/0006_MPW7_TPU_31.jpg

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