【TVM 教程】交叉编译与 RPC
TVM 现已更新到 0.21.0 版本，TVM 中文文档已经和新版本对齐。
Apache TVM 是一个深度的深度学习编译框架，适用于 CPU、GPU 和各种机器学习加速芯片。更多 TVM 中文文档可访问 →Apache TVM
作者：Ziheng Jiang、Lianmin Zheng
本教程介绍了在 TVM 中使用交叉编译与 RPC 进行远程设备执行的方法。
通过交叉编译与 RPC，你可以在本地机器上编译程序，并在远程设备上运行。这对于资源有限的远程设备（如 Raspberry Pi 或移动平台）非常有用。本教程将以 Raspberry Pi 作为 CPU 示例，以 Firefly-RK3399 作为 OpenCL 示例。
在设备上构建 TVM Runtime
第一步是在远程设备上构建 TVM 运行时。
备注
本节与下一节中的所有命令都应在目标设备（例如 Raspberry Pi ）上执行。我们假设目标设备运行的是 Linux 系统。
由于编译工作是在本地机器上完成的，远程设备仅用于运行生成的代码，因此只需要在远程设备上构建 TVM 的运行时部分。
git clone --recursive https://github.com/apache/tvm tvm cd tvm make runtime -j2成功构建运行时后，需要在~/.bashrc文件中设置环境变量。可以使用vi ~/.bashrc编辑~/.bashrc，并添加以下行（假设你的 TVM 路径为~/tvm）：
export PYTHONPATH=$PYTHONPATH:~/tvm/python然后执行source ~/.bashrc命令以更新环境变量：
在设备上启动 RPC 服务端
在远程设备上（如 Raspberry Pi ）运行以下命令以启动 RPC 服务器：
python -m tvm.exec.rpc_server --host 0.0.0.0 --port=9090如果你看到如下输出，说明 RPC 服务器已成功启动：
INFO:root:RPCServer: bind to 0.0.0.0:9090在本地机器上声明并交叉编译内核
备注
现在回到本地机器，假设本地已完整安装了 TVM（带 LLVM 支持）。
在本地机器上声明一个简单的计算内核：
import numpy as np import tvm from tvm import te from tvm import rpc from tvm.contrib import utils n = tvm.runtime.convert(1024) A = te.placeholder((n,), name="A") B = te.compute((n,), lambda i: A[i] + 1.0, name="B") mod = tvm.IRModule.from_expr(te.create_prim_func([A, B]).with_attr("global_symbol", "add_one"))然后进行交叉编译。对于 Raspberry Pi 3B，目标应为「llvm -mtriple=armv7l-linux-gnueabihf」，但为了方便在网页构建服务器上运行示例，这里使用「llvm」作为默认目标。详细事项可参考下一块。
local_demo = True if local_demo: target = "llvm" else: target = "llvm -mtriple=armv7l-linux-gnueabihf" func = tvm.compile(mod, target=target) # 将库保存到临时目录 temp = utils.tempdir() path = temp.relpath("lib.tar") func.export_library(path)备注
如果要使用真实的远程设备运行此教程，请将local_demo设置为 False，并将target替换为适用于你设备的目标三元组。不同设备的目标三元组可能有所不同。例如，对于 Raspberry Pi 3B，目标三元组是：「llvm -mtriple=armv7l-linux-gnueabihf」；对于 RK3399，目标三元组是：「llvm -mtriple=aarch64-linux-gnu」。
你可以通过在目标设备上运行gcc -v来查询其目标三元组，查看输出中以Target:开头的行（但这也可能只是一个宽松的配置）。
除了-mtriple，你还可以设置其他编译选项，例如：-mcpu=
指定要生成代码的具体芯片。默认情况下会根据目标三元组推断并自动检测-mattr=a1,+a2,-a3,…
覆盖或控制目标的具体属性，例如是否启用 SIMD 操作。默认属性由当前 CPU 决定，你可以运行以下命令查看支持的属性：llc -mtriple= -mattr=help
这些选项与 llc 工具 保持一致。建议设置目标三元组和特性集以包含具体设备可用的功能，以充分发挥硬件性能。更多交叉编译属性详见 LLVM 跨平台编译文档。
通过 RPC 远程运行 CPU 内核
本节展示如何在远程设备上运行生成的 CPU 内核。首先，我们需要从远程设备获取一个 RPC 会话：
if local_demo: remote = rpc.LocalSession() else: # 以下是我的环境，请替换为你的目标设备的 IP 地址 host = "10.77.1.162" port = 9090 remote = rpc.connect(host, port)接下来将生成的库上传到远程设备，然后调用设备上的编译器进行重新链接。此时func就是一个远程模块对象。
remote.upload(path) func = remote.load_module("lib.tar") # 在远程设备上创建数组 dev = remote.cpu() a = tvm.runtime.tensor(np.random.uniform(size=1024).astype(A.dtype), dev) b = tvm.runtime.tensor(np.zeros(1024, dtype=A.dtype), dev) # 函数将在远程设备上运行 func(a, b) np.testing.assert_equal(b.numpy(), a.numpy() + 1)当你想评估内核在远程设备上的性能时，需要避免网络传输带来的开销。time_evaluator返回一个远程函数，该函数会运行多次并测量每次执行的耗时（不包括网络延迟）：
time_f = func.time_evaluator(func.entry_name, dev, number=10) cost = time_f(a, b).mean print("%g secs/op" % cost)输出：
1.452e-07 secs/op通过 RPC 远程运行 OpenCL 内核
对于远程 OpenCL 设备，整体流程和前面几乎一致：定义内核、上传文件并通过 RPC 运行。
备注
Raspberry Pi 不支持 OpenCL，以下代码在 Firefly-RK3399 上测试通过。你可以参考这个 教程 设置 RK3399 的操作系统和 OpenCL 驱动。
同时，需要在 RK3399 上启用 OpenCL 构建 TVM 运行时。在 TVM 根目录下执行：
cp cmake/config.cmake . sed -i "s/USE_OPENCL OFF/USE_OPENCL ON/" config.cmake make runtime -j4以下函数展示了如何远程运行一个 OpenCL 内核：
def run_opencl(): # 注意：这是我 rk3399 的设置，请根据你的设备环境进行修改 opencl_device_host = "10.77.1.145" opencl_device_port = 9090 target = tvm.target.Target("opencl", host="llvm -mtriple=aarch64-linux-gnu") # 创建上述「加一」计算的调度 mod = tvm.IRModule.from_expr(te.create_prim_func([A, B])) sch = tvm.tir.Schedule(mod) (x,) = sch.get_loops(block=sch.get_block("B")) xo, xi = sch.split(x, [None, 32]) sch.bind(xo, "blockIdx.x") sch.bind(xi, "threadIdx.x") func = tvm.compile(sch.mod, target=target) remote = rpc.connect(opencl_device_host, opencl_device_port) # 导出并上传 path = temp.relpath("lib_cl.tar") func.export_library(path) remote.upload(path) func = remote.load_module("lib_cl.tar") # 运行 dev = remote.cl() a = tvm.runtime.tensor(np.random.uniform(size=1024).astype(A.dtype), dev) b = tvm.runtime.tensor(np.zeros(1024, dtype=A.dtype), dev) func(a, b) np.testing.assert_equal(b.numpy(), a.numpy() + 1) print("OpenCL test passed!")总结
本教程完整展示了 TVM 中交叉编译和 RPC 功能的使用流程：
- 在远程设备上设置 RPC 服务器；
- 在本地设置目标设备的交叉编译配置；
- 通过 RPC API 上传并远程运行内核程序。
可右键另存为下载。
下载 Jupyter notebook:cross_compilation_and_rpc.ipynb
下载 Python 源码:cross_compilation_and_rpc.py
下载压缩包:cross_compilation_and_rpc.zip