我在STM32单片机上跑神经网络算法

大鱼机器人 2021-12-20 13:52

TI MCU方案：电动汽车实时控制 如何增强电动汽车的实时控制能力？

前言

为什么可以在STM32上面跑神经网络？

简而言之就是使用STM32CubeMX中的X-Cube-AI扩展包将当前比较热门的AI框架进行C代码的转化，以支持在嵌入式设备上使用。

目前使用X-Cube-AI需要在STM32CubeMX版本5.0以上，支持转化的模型有Keras、TFlite、ONNX、Lasagne、Caffe、ConvNetJS。

Cube-AI把模型转化为一堆数组，而后将这些数组内容解析成模型，和Tensorflow里的模型转数组后使用原理是一样的。

一、环境安装和配置

AI神经网络模型搭建

这里使用官方提供的模型进行测试，用keras框架训练：

https://github.com/Shahnawax/HAR-CNN-Keras

在Keras中使用CNN进行人类活动识别：此存储库包含小型项目的代码。该项目的目的是创建一个简单的基于卷积神经网络(CNN)的人类活动识别(HAR)系统。该系统使用来自3D加速度计的传感器数据，并识别用户的活动。

例如：前进或后退。HAR意为Human Activity Recognition(HAR)system，即人类行为识别。

这个模型是根据人一段时间内的3D加速度数据，来判断人当前的行为，比如走路，跑步，上楼，下楼等，很符合Cortex-M系列MCU的应用场景。使用的数据如下图所示。

存储库包含以下文件

这么多文件不要慌，模型训练后得到model.h5模型，才是我们需要的。

新建工程

1. 这里默认大家都已经安装好了STM32CubeMX软件。

在STM32上验证神经网络模型(HAR人体活动识别)，一般需要STM32F3/F4/L4/F7/L7系列高性能单片机，运行网络模型一般需要3MB以上的闪存空间，一般的单片机不支持这么大的空间。

CUBEMX提供了一个压缩率的选项，可以选择合适的压缩率，实际是压缩神经网络模型的权重系数，使得网络模型可以在单片机上运行，压缩率为8，使得模型缩小到366KB，验证可以通过；

然后按照下面的步骤安装好CUBE.AI的扩展包

这个我安装了三个，安装最新版本的一个版本就可以。

接下来就是熟悉得新建工程了

因为安装了AI的包，所以在这个界面会出现artificial intelligence这个选项，点击Enable可以查看哪一些芯片支持AI

接下来就是配置下载接口和外部晶振了。

然后记得要选择一个串口作为调试信息打印输出。

选择Software Packs，进入后把AI相关的两个包点开，第一个打上勾，第一个选择Validation。

System Performance工程：整个应用程序项目运行在STM32MCU上，可以准确测量NN推理结果，CP∪U负载和内存使用情况。使用串行终端监控结果（e.g.Tera Term）
Validation工程：完整的应用程序，在桌面PC和基于STM32 Arm Cortex-m的MCU嵌入式环境中，通过随机或用户测试数据，递增地验证NN返回的结果。与 X-CUBE-A验证工具一起使用。
Application Template工程：允许构建应用程序的空模板项目，包括多网络支持。