0013 MPSTPU(M.2 E)
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
二、硬件资源
1. 基于树莓派5设计，采用16Pin FPC和树莓派5的PCle接口连接；
2. 扩展板通过PCIe Switch进行一扩二；
3. 一路PICe扩M.2 E key接口，用于接Google coral Edge TPU，树莓派官方OS加载驱动；
4. 一路PCIe可扩展NVMe SSD（PCIe X1，仅支持Gen2模式），支持2230/2242/2280尺寸（默认焊接2280铜柱）；
5. SSD可用于存储数据和S系统启动，从SSD启动时，需树莓派官方固件是2024.5.13以后的版本；
6. 40Pin GPIO部分采用开窗设计，可通过杜邦线连接，不影响树莓派5自身GPIO引脚使用；
7. PCB板通过UL认证，符合ROHS标准。
注意：
1. 树莓派5固件更新后，不能修改设置，不然固件会自动退回至老版本;
2. 受限于Switch，PClIE仅支持X1Gen2,SSD速度约400MB/s。
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。
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
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
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
3.3 系统烧写在SSD硬盘上
四、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 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
4.2 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。
4.3 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
4.4 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 $USER apex
设置完成后重启系统：
sudo reboot
4.5 验证模块检测以及驱动安装
系统启动后验证模块检测以及驱动安装：
lspci -nn | grep 089a
这里需要看到TPU模块，如下图所示（具体参数显示以实际为准）：
ls /dev/apex_0
这里插了一个TPU模块，因此可以看到一个TPU模块。
输入sudo lspci -v可以看到驱动加载，其中必须包括TPU驱动，如果插了SSD硬盘，还需要包括SSD模块，如下图所示：
4.6 代码运行环境配置
Google TPU模块代码运行需要在Python3.6-3.9之间，而树莓派最新系统的Python版本为3.11，因此我们需要使用Pyenv来下载老版本Python。
首先进行依赖安装：
sudo apt-get install -y make build-essential libssl-dev zlib1g-dev \libbz2-dev libreadline-dev libsqlite3-dev wget curl llvm libncurses5-dev \libncursesw5-dev xz-utils tk-dev libffi-dev liblzma-dev python3-openssl
依赖安装完成后进行pyenv的安装：
curl https://pyenv.run | bash
输入：
sudo nano ~/.bashrc
或者：
sudo mousepad ~/.bashrc
在文件最下面添加以下代码：
export PYENV_ROOT="$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
4.7 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
4.8 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
五、树莓派系统下使用SSD硬盘
关于对SSD硬盘的基本操作，我们可以参考以下链接：
关于如何测试SSD硬盘，我们可以参考以下链接：
六、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：
关于如何测试SSD硬盘，我们可以参考以下链接：
七、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：
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