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學(xué)習(xí)如何在 MYIR 的 ZU3EG FPGA 開發(fā)板上部署 Tiny YOLO v4，對(duì)比 FPGA、GPU、CPU 的性能，助力 AIoT 邊緣計(jì)算應(yīng)用。
一、 為什么選擇 FPGA：應(yīng)對(duì) 7nm 制程與 AI 限制 在全球半導(dǎo)體制程限制和高端 GPU 受限的大環(huán)境下，F(xiàn)PGA 成為了中國企業(yè)發(fā)展的重要路徑之一。它可支持靈活的 AIoT 應(yīng)用，其靈活性與可編程性使其可以在國內(nèi)成熟的 28nm 工藝甚至更低節(jié)點(diǎn)的制程下實(shí)現(xiàn)高效的硬件加速。 米爾的 ZU3EG 開發(fā)板憑借其可重構(gòu)架構(gòu)為 AI 和計(jì)算密集型任務(wù)提供了支持，同時(shí)避免了 7nm 工藝對(duì)國產(chǎn)芯片設(shè)計(jì)的制約。通過在 ZU3EG 上部署 Tiny YOLO V4，我們可以為智能家居、智慧城市等 AIoT 應(yīng)用提供高效的解決方案。 
CPU GPU FPGA 架構(gòu)對(duì)比 二、 了解 Tiny YOLO 模型及其適用性 YOLO（You Only Look Once）是一種實(shí)時(shí)物體檢測(cè)模型，它通過一次性掃描整個(gè)圖像，實(shí)現(xiàn)高效的對(duì)象識(shí)別。 而其簡(jiǎn)化版 Tiny YOLO V4 更適合嵌入式設(shè)備，具有較少的層數(shù)和參數(shù)。其輕量化特性更適合在資源受限的設(shè)備上運(yùn)行，尤其在低功耗、實(shí)時(shí)檢測(cè)的邊緣計(jì)算設(shè)備中表現(xiàn)出色。 相比傳統(tǒng) GPU，F(xiàn)PGA 能在小面積和低功耗下實(shí)現(xiàn)類似的推理性能，非常契合 AIoT 應(yīng)用。像米爾 ZU3EG 這樣的 FPGA 開發(fā)板，通過底板和豐富接口的載板設(shè)計(jì)，非常適合高效的嵌入式低功耗數(shù)據(jù)處理。
Yolo V4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
Tiny Yolo V4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 （通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，保持較高檢測(cè)精度的同時(shí)，降低模型的計(jì)算量和內(nèi)存占用） 三、 獲取數(shù)據(jù)集和模型 可下載開源訓(xùn)練集或預(yù)訓(xùn)練模型。為了確保兼容性，建議將模型轉(zhuǎn)換為 ONNX 格式，以便后續(xù)能在 FPGA 上完成優(yōu)化。 1.下載 Tiny YOLO V4 模型：從Darknet 的 GitHub 倉庫 獲取 Tiny YOLO 的預(yù)訓(xùn)練權(quán)重，或者在 COCO 等數(shù)據(jù)集上自行訓(xùn)練模型。自定義的模型適用于特定應(yīng)用場(chǎng)景（如車輛檢測(cè)、人臉檢測(cè)等）。 2.數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：若要自定義模型，可使用 LabelImg 等工具對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行標(biāo)注，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為 YOLO 格式。之后，可將 YOLO 格式轉(zhuǎn)換為 ONNX 格式，以便兼容 FPGA 優(yōu)化工具鏈。
Tiny YOLO 在 Darknet 上訓(xùn)練的截圖
四、 通過 Vivado HLS 為 FPGA 準(zhǔn)備模型 要將模型部署到 FPGA，需要將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)操作轉(zhuǎn)換為硬件級(jí)描述。使用 Xilinx 的 Vitis HLS（高級(jí)綜合）可以將 Tiny YOLO v4 的 C++ 模型代碼的轉(zhuǎn)化為 Verilog RTL（寄存器傳輸級(jí)）代碼，從而將模型從軟件世界帶入硬件實(shí)現(xiàn)。 詳細(xì)步驟： 1.模型層映射和優(yōu)化：
Tiny YOLO 模型在 Vivado HLS 中的層層轉(zhuǎn)化流程圖 五、 使用 Vivado 綜合與部署 Verilog 到 米爾的ZU3EG FPGA開發(fā)板 當(dāng) HLS 生成的 RTL 代碼準(zhǔn)備就緒后，可以使用 Vivado 將模型部署到 FPGA。 1.Vivado 中的設(shè)置：
2.I/O 約束與時(shí)序：
3.生成比特流并下載到 ZU3EG：
將 Tiny YOLO 處理模塊連接到 米爾ZU3EG開發(fā)板 的外設(shè)和接口 六、 在 FPGA 上測(cè)試并運(yùn)行推理 現(xiàn)在 Tiny YOLO 已部署，可以驗(yàn)證其實(shí)時(shí)對(duì)象檢測(cè)性能。 1.數(shù)據(jù)采集：
Tiny YOLO 模型在 ZU3EG 上顯示檢測(cè)結(jié)果的實(shí)時(shí)輸出，視頻幀中標(biāo)注了檢測(cè)到的對(duì)象 七、 性能優(yōu)化與調(diào)試技巧 為提高性能，可以進(jìn)行以下調(diào)整：
不同優(yōu)化配置對(duì)資源使用的影響
米爾MYC-CZU3EG/4EV/5EV-V2核心板及開發(fā)板
在MYIR 的 ZU3EG 開發(fā)平臺(tái)上提供了一種高效的解決方案。利用 FPGA 獨(dú)特的靈活性和低功耗優(yōu)勢(shì)，助力未來 AIoT 設(shè)備的普及和智能升級(jí)。 |
