查看“0025 MPDTPU(M.2 E) EN”的源代码

== '''关键词''' ==
树莓派5、PCIe、TPU、DTPU、Edge TPU、驱动安装、操作演示、AI、google、Coral、PCIe Switch、M.2 E key

== '''一、简介''' ==
MPDTPU是一款专为树莓派5设计的双TPU扩展板，通过16Pin FPC接口连接至树莓派5，扩展板上通过一颗一扩二的PCIe Switch芯片来驱动双TPU模组。Coral的双TPU模组板载了两颗Google的Edge TPU处理器，使用了非标的M.2 E key接口。双TPU模组可提供8TOPS的总性能，能效为2TOPS每瓦。

== '''二、硬件资源''' ==
1. 采用16Pin PCIe接口，板载一扩二PCIe Switch芯片；

2. 板载M.2 E-key接插件2230，支持双TPU模组；

3. TPU模组通过16Pin PCIe接口供电，也可通过40Pin接口供电；

4. 标配INA219电压电流采样电路，可监测双TPU运行功耗；

5. 配40Pin贴片母座，可搭配PC104接插件连接至树莓派5的40Pin插针；

6. 可选24C32 E<sup>2</sup>PROM，可用于存放设备初始化信息；

7. 尺寸：56x65mm，PCB板通过UL和ROHS认证，防火等级94V-0；；

8. 四层板设计，高效导热，标配导热硅胶垫，可选配散热片；

9. 可选配铝合金外壳。

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== '''三、系统烧写''' ==
3.1 本文档使用树莓派OS，Raspberry Pi OS with desktop，镜像为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

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]]。

'''''注意：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！'''''

== '''四、树莓派OS的操作演示''' ==
'''''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。'''''

=== 4.1 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>

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代码添加成功后，保存并重启系统：

<code>sudo reboot</code>

=== 4.2 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。

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=== 4.3 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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=== 4.4 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>

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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>

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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>

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设置完成后重启系统：

<code>sudo reboot</code>

=== 4.5 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>

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

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这里板载双TPU，因此可以看到两个TPU模块。

输入<code>sudo lspci -v</code>可以看到驱动加载，同样有两个TPU模块的驱动：

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=== 4.6 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>

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依赖安装完成后进行pyenv的安装：

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

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

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

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添加完成后保存退出并重新加载shell：

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

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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>

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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>

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=== 4.7 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>

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接下来下载代码运行模组

<code>pip3 install numpy</code>

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<code>pip3 install Pillow</code>

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

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=== 4.8 运行代码 ===
模组下载完成后返回 coral/pycoral路径下

<code>cd ..</code>

==== 4.8.1 单TPU运行单模型 ====
输入以下代码进行代码运行

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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>

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==== 4.8.2 双TPU运行多模型 ====
输入以下代码进行代码运行

http://www.mcuzone.com/wiki/0025_MPDTPU/0025_MPDTPU_06.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/two_models_inference.py \</code>

<code>--classification_model test_data/mobilenet_v2_1.0_224_quant_edgetpu.tflite \</code>

<code>--detection_model \</code>

<code>test_data/ssd_mobilenet_v2_face_quant_postprocess_edgetpu.tflite \</code>

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

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==== 4.8.3 双TPU运行单模型 ====
输入以下代码进行代码运行

http://www.mcuzone.com/wiki/0025_MPDTPU/0025_MPDTPU_07.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/model_pipelining_classify_image.py \</code>

<code>--models \</code>

<code>test_data/pipeline/inception_v3_299_quant_segment_%d_of_2_edgetpu.tflite \</code>

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

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

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'''<big>鉴于本开发板的测试需要在外网下载大量数据，为了方便用户进行测试，用户在购买本开发板后，可以联系我司获取已经配置完毕的树莓派OS镜像。</big>'''

== '''五、E<sup>2</sup>PROM芯片烧写操作演示''' ==

=== 5.1 概述 ===
MPDTPU扩展板板载E<sup>2</sup>PROM芯片。树莓派系统在启动过程中会通过I<sup>2</sup>C引脚查找E<sup>2</sup>PROM并读取E<sup>2</sup>PROM信息，因此我们可以向E<sup>2</sup>PROM芯片烧写我们需要的信息以及设备树文件，以此来实现配置信息自动加载的功能。

'''''注意，烧写过程中需要连接外网，请保持网络畅通。'''''

=== 5.2 打开I<sup>2</sup>C ===
依次选择如下图项目后，打开I<sup>2</sup>C后，然后重启树莓派OS。

http://www.mcuzone.com/wiki/0002_MPS2280iPoE/MPS2280iPoE_08.png

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=== 5.3 安装工具 ===
输入以下命令安装工具：

<code>git clone <nowiki>https://github.com/raspberrypi/utils.git</nowiki></code>

<code>cd utils/eeptools</code>

<code>cmake .</code>

<code>make</code>

<code>sudo make install</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0025_MPDTPU/0025_MPDTPU_08.jpg

下载和放置i2c-gpio.dtbo文件：

<code>wget <nowiki>http://www.mcuzone.com/wiki/0025_MPDTPU/i2c-gpio.zip</nowiki></code>

<code>unzip i2c-gpio.zip</code>

<code>sudo cp i2c-gpio.dtbo /boot/overlays</code>

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完成后重启系统：

<code>sudo reboot</code>

=== 5.4 编辑配置文件 ===
执行下列命令：

<code>cd utils/eeptools</code>

<code>sudo mousepad eeprom_settings.txt</code>

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复制eeprom_settinggs.txt文件的所有内容后退出。

然后执行：

<code>sudo mousepad myhat_eeprom.txt</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0025_MPDTPU/0025_MPDTPU_12.jpg

创建myhat_eeprom.txt文件，将刚才复制的文本粘贴到里面，红字段落的内容可以自定义修改，在当前演示，我们将设备树文件修改为关闭蓝牙，即把设备树改为<code>disable-bt-pi5</code>，修改完毕后保存文件并退出：

http://www.mcuzone.com/wiki/0025_MPDTPU/0025_MPDTPU_27.jpg

随后使用E<sup>2</sup>PROM工具生成UUID：

<code>eepmake myhat_eeprom.txt myhat.eep</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0025_MPDTPU/0025_MPDTPU_28.jpg

将产生的UUID修改到myhat_eeprom.txt，然后保存并退出：

http://www.mcuzone.com/wiki/0025_MPDTPU/0025_MPDTPU_29.jpg

输入以下命令使能I<sup>2</sup>C-9，并查看结果：

<code>sudo dtoverlay i2c-gpio i2c_gpio_sda=0 i2c_gpio_scl=1 bus=9</code>

<code>i2cdetect -y 9</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0025_MPDTPU/0025_MPDTPU_16.jpg

修改eepflash.sh内容地址为0050：

<code>sudo nano eepflash.sh</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0025_MPDTPU/0025_MPDTPU_17.jpg

http://www.mcuzone.com/wiki/0025_MPDTPU/0025_MPDTPU_18.jpg

保存并退出。

=== 5.5 烧写E<sup>2</sup>PROM ===
输入以下命令烧写E<sup>2</sup>PROM：

sudo ./eepflash.sh -w -t=24c32 -a=0x50 -f=myhat.eep

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烧写完成后重启系统，即可看到蓝牙被禁用：

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== '''六、电压电流监测功能演示''' ==
MPDTPU扩展板添加了电压、电流检测功能。使用本扩展板可以实时检测双TPU的电压、电流以及功率等数据。

1. 按照[[0025 MPDTPU(M.2 E)#5.2 打开I2C|5.2节]]，在树莓派OS中打开打开I<sup>2</sup>C。

2. 执行下列命令，安装python库：

<code>pip3 intsall smbus</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0025_MPDTPU/0025_MPDTPU_21.jpg

3. 执行下列命令，下载监测软件：

<code>wget <nowiki>http://www.mcuzone.com/wiki/0025_MPDTPU/INA219.zip</nowiki></code>

<code>unzip INA219.zip</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0025_MPDTPU/0025_MPDTPU_34.jpg

4. 运行监测软件：

<code>python3 INA219.py</code>

不插TPU模块：

http://www.mcuzone.com/wiki/0025_MPDTPU/0025_MPDTPU_24.jpg

插TPU模块静态：

http://www.mcuzone.com/wiki/0025_MPDTPU/0025_MPDTPU_23.jpg

单TPU运行：

http://www.mcuzone.com/wiki/0025_MPDTPU/0025_MPDTPU_30.jpg

双TPU同时运行：

http://www.mcuzone.com/wiki/0025_MPDTPU/0025_MPDTPU_25.jpg

在双TPU同时运行时，可以看到最大电流已经升至0.912A，对应约4.527W功率，双TPU同时工作时功率基本是单TPU工作的功率（最大电流0.524A，对应约2.603W功率）的大约两倍。

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