0022 MPSTPU(M.2 M)

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关键词

树莓派5、PCIe、TPU、DTPU、驱动安装、操作演示、AI、google、Coral、2230、2242、2280、NVMe SSD、固态硬盘 X1

一、简介

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。我司的MPSTPU扩展板通过PCIe Switch扩展出了两路PCIe接口，其中一路为M.2 M-key接口，可外接M-Key接口的TPU模组；另一路为M.2 M key接口，可外接NVMe SSD固态硬盘。MPSTPU扩展板可在加入TPU边缘计算能力的同时为系统提供SSD海量存储。

二、硬件资源

1. 利用树莓派5的PCIe接口，采用PCIe Switch芯片，将PCIe一扩二；采用0.5mm间距16Pin PCIe2.0 x1接口连接；

2. 引出一路PCIe M.2 M-key接口，支持NVMe协议2230/2242/2280尺寸固态硬盘（默认焊接2280固定柱）；注意：不支持NGFF和SATA协议的盘；

3. 引出一路PCIe M.2 M-key，支持M key接口的Google Coral Edge TPU；

4. 引出一路5V电源指示灯("PWR")，一路硬盘工作状态指示灯；

5. 设计采用1.5A高效DC-DC电路，可支持绝大部分固态盘（受限于x1接口，固态盘的实际峰值功耗仅为额定功耗的1/3）；

6. 扩展板采用内凹开槽设计，40Pin上方无遮挡不影响杜邦线连接；

7. 四个M2.5固定孔，和树莓派5定位孔吻合；

8. 沉金工艺，无铅生产；PCB板符合UL和RoHS认证，防火等级94V-0；

9. 可选配铝合金外壳。

三、系统烧写及设置

3.1 概述

本文档采用树莓派OS、Ubuntu系统和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系统的版本为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：

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

点击直达烧写方法说明。

3.3 系统烧写在SSD硬盘上

点击直达烧写方法说明。

四、树莓派OS操作演示

4.1 运行TPU模组

本章介绍如何在树莓派OS运行TPU模组。

本章的操作步骤同时适用于系统从TF卡启动和从SSD硬盘启动。

4.1.1 配置config.txt

系统启动后打开树莓派终端输入命令：

sudo nano /boot/firmware/config.txt

或者：

sudo mousepad /boot/firmware/config.txt

在文件最下方添加以下代码：

dtparam=pciex1

kernel=kernel8.img

dtoverlay=pineboards-hat-ai

代码添加成功后，保存并重启系统：

sudo reboot

4.1.2 确认软件环境

系统重启后打开打开树莓派终端输入命令：

uname -r

确保内核版本大于4.18后输入：

lsmod | grep apex

确保没有输出则可以开始安装TPU驱动。

4.1.3 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：

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

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

添加完成后更新软件列表：

sudo apt-get update

更新完成后安装必要的软件：

sudo apt-get install cmake libedgetpu1-std devscripts debhelper dkms dh-dkms

4.1.4 安装Gasket Driver

依次输入以下命令安装Gasket Driver：

git clone https://github.com/google/gasket-driver.git

cd gasket-driver

sudo debuild -us -uc -tc -b

cd ..

sudo dpkg -i gasket-dkms_1.0-18_all.deb

安装完成后输入以下命令确保驱动以及软件安装成功：

sudo apt-get install gasket-dkms libedgetpu1-std

接下来添加udev rule去获得设备操作权限：

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

添加用户到apex：

sudo groupadd apex

sudo adduser $USER apex

设置完成后重启系统：

sudo reboot

4.1.5 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：

lspci -nn | grep 089a

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）：

ls /dev/apex_0

这里插了一个TPU模块，因此可以看到一个TPU模块。

输入sudo lspci -v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：

4.1.6 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：

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

依赖安装完成后进行pyenv的安装：

curl https://pyenv.run | bash

输入：

sudo nano ~/.bashrc

或者：

sudo mousepad ~/.bashrc

在文件最下面添加以下代码：

export PYENV_ROOT="$HOME/.pyenv"

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

eval "$(pyenv init -)"

添加完成后保存退出并重新加载shell：

exec "$SHELL"

接下来我们可以利用pyenv安装老系统版本Python：

pyenv install -v 3.8.8

等待安装成功后我们将系统Python版本更改为3.8.8：

pyenv global 3.8.8

更改成功后可以查看当前Python使用版本为3.8.8：

pyenv versions

python3 -V

4.1.7 下载代码和运行模组

依次输入以下命令进行下载：

mkdir coral && cd coral

git clone https://github.com/google-coral/pycoral.git

cd pycoral

cd test_data

git clone https://github.com/google-coral/test_data.git

接下来下载代码运行模组

pip3 install numpy

pip3 install Pillow

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

4.1.8 运行代码

模组下载完成后返回 coral/pycoral路径下

cd ..

输入以下代码进行代码运行

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：

python3 examples/classify_image.py \

--model test_data/test_data/mobilenet_v2_1.0_224_inat_bird_quant_edgetpu.tflite \

--labels test_data/test_data/inat_bird_labels.txt \

--input test_data/test_data/parrot.jpg

4.2 NVMe SSD硬盘的使用

关于对SSD硬盘的基本操作，我们可以参考以下链接：

SSD用作存储扩展（树莓派OS下）

对SSD进行分区等操作

调整外设启动顺序

安装硬盘测速软件hdparm

关于如何测试SSD硬盘，我们可以参考以下链接：

SSD硬盘测试（树莓派OS下）

五、Ubuntu系统下使用SSD硬盘

关于对SSD硬盘的基本操作，我们可以参考以下链接，除了SSD用作存储扩展中与树莓派OS下操作略有不同，其余部分基本相同：

SSD用作存储扩展（Ubuntu系统下）

对SSD进行分区等操作

调整外设启动顺序

安装硬盘测速软件hdparm

关于如何测试SSD硬盘，我们可以参考以下链接：

SSD硬盘测试（Ubuntu系统下）

六、OpenWrt系统下使用SSD硬盘

关于如何在OpenWrt系统下使用SSD硬盘，我们可以参考以下链接：

SSD硬盘测试（OpenWrt系统下）

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