मी ऑपरेटिंग सिस्टमच्या विकसकांपैकी एक आहे एम्बॉक्स, आणि या लेखात मी STM32746G बोर्डवर OpenCV कसे चालवायचे याबद्दल बोलेन.

तुम्ही सर्च इंजिनमध्ये “ओपनसीव्ही ऑन STM32 बोर्ड” असे काहीतरी टाइप केल्यास, तुम्हाला ही लायब्ररी STM32 बोर्ड किंवा इतर मायक्रोकंट्रोलरवर वापरण्यास स्वारस्य असलेले काही लोक सापडतील.
असे बरेच व्हिडिओ आहेत जे नावानुसार ठरवून, काय आवश्यक आहे ते प्रदर्शित केले पाहिजे, परंतु सामान्यतः (मी पाहिलेल्या सर्व व्हिडिओंमध्ये) STM32 बोर्डवर, कॅमेरामधून फक्त प्रतिमा प्राप्त झाली आणि परिणाम स्क्रीनवर प्रदर्शित झाला, आणि प्रतिमा प्रक्रिया स्वतः एकतर नियमित संगणकावर किंवा अधिक शक्तिशाली बोर्डवर केली गेली (उदाहरणार्थ, रास्पबेरी पाई).

हे कठीण का आहे?

शोध क्वेरींची लोकप्रियता या वस्तुस्थितीद्वारे स्पष्ट केली जाते की OpenCV ही सर्वात लोकप्रिय संगणक दृष्टी लायब्ररी आहे, याचा अर्थ अधिक विकासक त्यास परिचित आहेत आणि मायक्रोकंट्रोलरवर डेस्कटॉप-रेडी कोड चालविण्याची क्षमता विकास प्रक्रिया मोठ्या प्रमाणात सुलभ करते. परंतु या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी अद्याप लोकप्रिय तयार पाककृती का नाहीत?

लहान शॉलवर OpenCV वापरण्याची समस्या दोन वैशिष्ट्यांशी संबंधित आहे:

जर तुम्ही लायब्ररी अगदी कमीत कमी मॉड्यूल्सच्या संचासह संकलित केली, तर ती फक्त त्याच STM32F7Discovery च्या फ्लॅश मेमरीमध्ये बसणार नाही (अगदी OS विचारात न घेता) खूप मोठ्या कोडमुळे (अनेक मेगाबाइट्स सूचना)
लायब्ररी स्वतः C++ मध्ये लिहिलेली आहे, म्हणजे
- सकारात्मक रनटाइमसाठी समर्थन आवश्यक आहे (अपवाद इ.)
- LibC/Posix साठी थोडे समर्थन, जे सहसा एम्बेडेड सिस्टमसाठी OS मध्ये आढळते - तुम्हाला एक मानक प्लस लायब्ररी आणि एक मानक STL टेम्पलेट लायब्ररी (वेक्टर, इ.) आवश्यक आहे.

एम्बॉक्सवर पोर्ट करत आहे

नेहमीप्रमाणे, ऑपरेटिंग सिस्टीमवर कोणतेही प्रोग्राम पोर्ट करण्यापूर्वी, विकासकांनी ज्या फॉर्ममध्ये ते तयार करण्याचा प्रयत्न केला तो एक चांगली कल्पना आहे. आमच्या बाबतीत, यामध्ये कोणतीही समस्या नाही - स्त्रोत कोड वर आढळू शकतो github, लायब्ररी नेहमीच्या cmake सह GNU/Linux अंतर्गत तयार केली आहे.

चांगली बातमी अशी आहे की OpenCV हे बॉक्सच्या बाहेर स्थिर लायब्ररी म्हणून तयार केले जाऊ शकते, जे पोर्टिंग सुलभ करते. आम्ही मानक कॉन्फिगरेशनसह लायब्ररी गोळा करतो आणि ते किती जागा घेतात ते पाहतो. प्रत्येक मॉड्यूल वेगळ्या लायब्ररीमध्ये गोळा केला जातो.

> size lib/*so --totals
   text    data     bss     dec     hex filename
1945822   15431     960 1962213  1df0e5 lib/libopencv_calib3d.so
17081885     170312   25640 17277837    107a38d lib/libopencv_core.so
10928229     137640   20192 11086061     a928ed lib/libopencv_dnn.so
 842311   25680    1968  869959   d4647 lib/libopencv_features2d.so
 423660    8552     184  432396   6990c lib/libopencv_flann.so
8034733   54872    1416 8091021  7b758d lib/libopencv_gapi.so
  90741    3452     304   94497   17121 lib/libopencv_highgui.so
6338414   53152     968 6392534  618ad6 lib/libopencv_imgcodecs.so
21323564     155912  652056 22131532    151b34c lib/libopencv_imgproc.so
 724323   12176     376  736875   b3e6b lib/libopencv_ml.so
 429036    6864     464  436364   6a88c lib/libopencv_objdetect.so
6866973   50176    1064 6918213  699045 lib/libopencv_photo.so
 698531   13640     160  712331   ade8b lib/libopencv_stitching.so
 466295    6688     168  473151   7383f lib/libopencv_video.so
 315858    6972   11576  334406   51a46 lib/libopencv_videoio.so
76510375     721519  717496 77949390    4a569ce (TOTALS)

तुम्ही शेवटच्या ओळीतून बघू शकता, .bss आणि .data जास्त जागा घेत नाहीत, पण कोड 70 MiB पेक्षा जास्त आहे. हे स्पष्ट आहे की हे एका विशिष्ट अनुप्रयोगाशी स्थिरपणे जोडलेले असल्यास, कोड कमी होईल.

चला शक्य तितक्या मॉड्यूल्स बाहेर टाकण्याचा प्रयत्न करूया जेणेकरून एक किमान उदाहरण एकत्र केले जाईल (जे, उदाहरणार्थ, फक्त OpenCV आवृत्ती आउटपुट करेल), म्हणून आम्ही पाहू cmake .. -LA आणि पर्यायांमध्ये बंद होणारी प्रत्येक गोष्ट बंद करा.

        -DBUILD_opencv_java_bindings_generator=OFF 
        -DBUILD_opencv_stitching=OFF 
        -DWITH_PROTOBUF=OFF 
        -DWITH_PTHREADS_PF=OFF 
        -DWITH_QUIRC=OFF 
        -DWITH_TIFF=OFF 
        -DWITH_V4L=OFF 
        -DWITH_VTK=OFF 
        -DWITH_WEBP=OFF 
        <...>

> size lib/libopencv_core.a --totals
   text    data     bss     dec     hex filename
3317069   36425   17987 3371481  3371d9 (TOTALS)

एकीकडे, हे लायब्ररीचे फक्त एक मॉड्यूल आहे, दुसरीकडे, हे कोड आकारासाठी कंपाइलर ऑप्टिमायझेशनशिवाय आहे (-Os). कोडचे ~3 MiB अजूनही बरेच आहे, परंतु आधीच यशाची आशा देते.

एमुलेटरमध्ये चालवा

एमुलेटरवर डीबग करणे खूप सोपे आहे, म्हणून प्रथम लायब्ररी qemu वर कार्य करते याची खात्री करा. एक अनुकरणीय प्लॅटफॉर्म म्हणून, मी इंटिग्रेटर / CP निवडले, कारण प्रथम, ते एआरएम देखील आहे आणि दुसरे म्हणजे, एम्बॉक्स या प्लॅटफॉर्मसाठी ग्राफिक्स आउटपुटला समर्थन देते.

एम्बॉक्समध्ये बाह्य लायब्ररी तयार करण्यासाठी एक यंत्रणा आहे, त्याचा वापर करून आम्ही ओपनसीव्ही मॉड्यूल म्हणून जोडतो (स्थिर लायब्ररीच्या स्वरूपात "किमान" बिल्डसाठी सर्व समान पर्याय पास करतो), त्यानंतर मी एक साधा अनुप्रयोग जोडतो जो यासारखा दिसतो:

version.cpp:

#include <stdio.h>
#include <opencv2/core/utility.hpp>

int main() {
    printf("OpenCV: %s", cv::getBuildInformation().c_str());

    return 0;
}

आम्ही सिस्टम एकत्र करतो, चालवतो - आम्हाला अपेक्षित आउटपुट मिळते.

root@embox:/#opencv_version                                                     
OpenCV: 
General configuration for OpenCV 4.0.1 =====================================
  Version control:               bd6927bdf-dirty

  Platform:
    Timestamp:                   2019-06-21T10:02:18Z
    Host:                        Linux 5.1.7-arch1-1-ARCH x86_64
    Target:                      Generic arm-unknown-none
    CMake:                       3.14.5
    CMake generator:             Unix Makefiles
    CMake build tool:            /usr/bin/make
    Configuration:               Debug

  CPU/HW features:
    Baseline:
      requested:                 DETECT
      disabled:                  VFPV3 NEON

  C/C++:
    Built as dynamic libs?:      NO
< Дальше идут прочие параметры сборки -- с какими флагами компилировалось,
  какие модули OpenCV включены в сборку и т.п.>

पुढील पायरी म्हणजे काही उदाहरण चालवणे, शक्यतो डेव्हलपरने स्वतः ऑफर केलेल्या मानकांपैकी एक. तुमच्या साइटवर. मी निवडले सीमा शोधक कॅनी.

परिणामासह प्रतिमा थेट फ्रेम बफरमध्ये प्रदर्शित करण्यासाठी उदाहरण थोडेसे पुन्हा लिहावे लागले. मला हे करावे लागले, कारण. कार्य imshow() QT, GTK आणि Windows इंटरफेसद्वारे प्रतिमा काढू शकतात, जे निश्चितपणे STM32 च्या कॉन्फिगरेशनमध्ये नसतील. खरं तर, QT STM32F7Discovery वर देखील चालवला जाऊ शकतो, परंतु याबद्दल दुसर्या लेखात चर्चा केली जाईल 🙂

एज डिटेक्टरचा निकाल कोणत्या फॉरमॅटमध्ये संग्रहित केला जातो हे थोड्या स्पष्टीकरणानंतर, आम्हाला एक प्रतिमा मिळते.

मूळ चित्र

परिणाम

STM32F7Discovery वर चालत आहे

32F746GDISCOVERY वर अनेक हार्डवेअर मेमरी विभाग आहेत जे आपण एका मार्गाने वापरू शकतो

320KiB रॅम
प्रतिमेसाठी 1MiB फ्लॅश
8MiB SDRAM
16MiB QSPI NAND फ्लॅश
microSD कार्ड स्लॉट

प्रतिमा संग्रहित करण्यासाठी SD कार्ड वापरले जाऊ शकते, परंतु किमान उदाहरण चालवण्याच्या संदर्भात, हे फारसे उपयुक्त नाही.
डिस्प्लेचे रिझोल्यूशन 480×272 आहे, याचा अर्थ फ्रेमबफर मेमरी 522 बिट्सच्या खोलीवर 240 बाइट्स असेल, म्हणजे. हे RAM च्या आकारापेक्षा जास्त आहे, म्हणून फ्रेमबफर आणि ढीग (जे OpenCV साठी आवश्यक असेल, प्रतिमा आणि सहाय्यक संरचनांसाठी डेटा संचयित करण्यासाठी) SDRAM मध्ये स्थित असेल, बाकी सर्व काही (स्टॅक आणि इतर सिस्टम गरजांसाठी मेमरी) ) RAM वर जाईल.

जर आम्ही STM32F7Discovery साठी किमान कॉन्फिगरेशन घेतले (संपूर्ण नेटवर्क, सर्व आदेश फेकून द्या, स्टॅक शक्य तितक्या लहान करा इ.) आणि तेथे उदाहरणांसह OpenCV जोडल्यास, आवश्यक मेमरी खालीलप्रमाणे असेल:

   text    data     bss     dec     hex filename
2876890  459208  312736 3648834  37ad42 build/base/bin/embox

कोणते विभाग कुठे जातात याबद्दल फारशी परिचित नसलेल्यांसाठी, मी स्पष्ट करेन: मध्ये .text и .rodata सूचना आणि स्थिरांक (अंदाजे बोलणे, फक्त वाचनीय डेटा) मध्ये आहेत .data डेटा बदलण्यायोग्य आहे, .bss तेथे "न्युल" व्हेरिएबल्स आहेत, ज्यांना जागा आवश्यक आहे (हा विभाग RAM वर "जाईल").

चांगली बातमी अशी आहे .data/.bss फिट पाहिजे, पण सह .text समस्या अशी आहे की प्रतिमेसाठी फक्त 1MiB मेमरी आहे. बाहेर फेकले जाऊ शकते .text उदाहरणावरून चित्र घ्या आणि ते वाचा, उदाहरणार्थ, स्टार्टअपच्या वेळी SD कार्डवरून मेमरीमध्ये, परंतु fruits.png चे वजन सुमारे 330KiB आहे, त्यामुळे या समस्येचे निराकरण होणार नाही: बहुतेक .text OpenCV कोडचा समावेश आहे.

मोठ्या प्रमाणात, फक्त एकच गोष्ट उरली आहे - कोडचा एक भाग QSPI फ्लॅशवर लोड करणे (त्यामध्ये सिस्टम बसमध्ये मेमरी मॅप करण्यासाठी ऑपरेशनचा एक विशेष मोड आहे, जेणेकरून प्रोसेसर थेट या डेटामध्ये प्रवेश करू शकेल). या प्रकरणात, एक समस्या उद्भवते: प्रथम, डिव्हाइस रीबूट झाल्यानंतर लगेचच QSPI फ्लॅश ड्राइव्हची मेमरी उपलब्ध नसते (तुम्हाला स्वतंत्रपणे मेमरी-मॅप केलेला मोड प्रारंभ करणे आवश्यक आहे), आणि दुसरे म्हणजे, तुम्ही ही मेमरी "फ्लॅश" करू शकत नाही. एक परिचित बूटलोडर.

परिणामी, QSPI मधील सर्व कोड लिंक करण्याचा निर्णय घेण्यात आला आणि तो स्व-लिखित लोडरसह फ्लॅश करण्याचा निर्णय घेण्यात आला जो TFTP द्वारे आवश्यक बायनरी प्राप्त करेल.

परिणाम

ही लायब्ररी एम्बॉक्समध्ये पोर्ट करण्याची कल्पना सुमारे एक वर्षापूर्वी आली होती, परंतु विविध कारणांमुळे ती वारंवार पुढे ढकलण्यात आली. त्यापैकी एक libstdc++ आणि मानक टेम्पलेट लायब्ररीसाठी समर्थन आहे. Embox मधील C++ समर्थनाची समस्या या लेखाच्या व्याप्तीच्या पलीकडे आहे, म्हणून मी फक्त एवढेच सांगेन की या लायब्ररीला कार्य करण्यासाठी आम्ही योग्य प्रमाणात हे समर्थन प्राप्त करण्यात व्यवस्थापित केले 🙂

सरतेशेवटी, या समस्यांवर मात केली गेली (किमान OpenCV उदाहरणासाठी कार्य करण्यासाठी पुरेसे आहे), आणि उदाहरण चालू झाले. कॅनी फिल्टर वापरून सीमा शोधण्यासाठी बोर्डला 40 लांब सेकंद लागतात. हे अर्थातच खूप लांब आहे (या प्रकरणाला कसे अनुकूल करायचे यावर विचार आहेत, यश मिळाल्यास याबद्दल स्वतंत्र लेख लिहिणे शक्य होईल).

तथापि, मध्यवर्ती उद्दिष्ट एक प्रोटोटाइप तयार करणे हे होते जे अनुक्रमे STM32 वर OpenCV चालवण्याची मूलभूत शक्यता दर्शवेल, हे लक्ष्य साध्य झाले, हुर्रे!

tl;dr: चरण-दर-चरण सूचना

0: एम्बॉक्स स्रोत डाउनलोड करा, जसे की:

    git clone https://github.com/embox/embox && cd ./embox

1: चला एक बूटलोडर एकत्र करून सुरुवात करूया जो QSPI फ्लॅश ड्राइव्हला "फ्लॅश" करेल.

    make confload-arm/stm32f7cube

आता तुम्हाला नेटवर्क कॉन्फिगर करणे आवश्यक आहे, कारण. आम्ही TFTP द्वारे प्रतिमा अपलोड करू. बोर्ड आणि होस्ट IP पत्ते सेट करण्यासाठी, तुम्हाला conf/rootfs/network संपादित करणे आवश्यक आहे.

कॉन्फिगरेशन उदाहरण:

iface eth0 inet static
    address 192.168.2.2
    netmask 255.255.255.0
    gateway 192.168.2.1
    hwaddress aa:bb:cc:dd:ee:02

gateway - होस्ट पत्ता जिथून प्रतिमा लोड केली जाईल, address - बोर्डचा पत्ता.

त्यानंतर, आम्ही बूटलोडर गोळा करतो:

    make

2: बोर्डवर बूटलोडरचे नेहमीचे लोडिंग (श्लेषासाठी क्षमस्व) - येथे काही विशिष्ट नाही, तुम्हाला ते STM32F7Discovery साठी इतर कोणत्याही अनुप्रयोगाप्रमाणे करावे लागेल. तुम्हाला ते कसे करायचे हे माहित नसल्यास, तुम्ही त्याबद्दल वाचू शकता येथे.
3: OpenCV साठी कॉन्फिगरेशनसह प्रतिमा संकलित करणे.

    make confload-platform/opencv/stm32f7discovery
    make

4: QSPI वर qspi.bin वर लिहिण्यासाठी ELF विभागांमधून अर्क

    arm-none-eabi-objcopy -O binary build/base/bin/embox build/base/bin/qspi.bin 
        --only-section=.text --only-section=.rodata 
        --only-section='.ARM.ex*' 
        --only-section=.data

conf डिरेक्टरीमध्ये एक स्क्रिप्ट आहे जी हे करते, त्यामुळे तुम्ही ती चालवू शकता

    ./conf/qspi_objcopy.sh # Нужный бинарник -- build/base/bin/qspi.bin

5: tftp वापरून, QSPI फ्लॅश ड्राइव्हवर qspi.bin.bin डाउनलोड करा. होस्टवर, हे करण्यासाठी, tftp सर्व्हरच्या रूट फोल्डरमध्ये qspi.bin कॉपी करा (सामान्यत: /srv/tftp/ किंवा /var/lib/tftpboot/; संबंधित सर्व्हरसाठी पॅकेज बहुतेक लोकप्रिय वितरणांमध्ये उपलब्ध असतात, सामान्यतः tftpd किंवा tftp-hpa, काहीवेळा तुम्हाला करावे लागेल systemctl start tftpd.service सुरू करण्यासाठी).

    # вариант для tftpd
    sudo cp build/base/bin/qspi.bin /srv/tftp
    # вариант для tftp-hpa
    sudo cp build/base/bin/qspi.bin /var/lib/tftpboot

एम्बॉक्सवर (म्हणजे बूटलोडरमध्ये), तुम्हाला खालील कमांड कार्यान्वित करणे आवश्यक आहे (आम्ही असे गृहीत धरतो की सर्व्हरचा पत्ता 192.168.2.1 आहे):

    embox> qspi_loader qspi.bin 192.168.2.1

6: आदेशासह goto तुम्हाला QSPI मेमरीमध्ये "उडी मारणे" आवश्यक आहे. प्रतिमा कशी लिंक केली आहे त्यानुसार विशिष्ट स्थान बदलू शकते, तुम्ही कमांडसह हा पत्ता पाहू शकता mem 0x90000000 (प्रारंभाचा पत्ता प्रतिमेच्या दुसऱ्या ३२-बिट शब्दात बसतो); तुम्हाला स्टॅक ध्वजांकित करणे देखील आवश्यक आहे -s, स्टॅक पत्ता 0x90000000 वर आहे, उदाहरणार्थ:

    embox>mem 0x90000000
    0x90000000:     0x20023200  0x9000c27f  0x9000c275  0x9000c275
                      ↑           ↑
              это адрес    это  адрес 
                стэка        первой
                           инструкции

    embox>goto -i 0x9000c27f -s 0x20023200 # Флаг -i нужен чтобы запретить прерывания во время инициализации системы

    < Начиная отсюда будет вывод не загрузчика, а образа с OpenCV >

7: लाँच

    embox> edges 20

आणि 40-सेकंद सीमा शोधाचा आनंद घ्या 🙂

काहीतरी चूक झाल्यास - मध्ये एक समस्या लिहा आमचे भांडार, किंवा मेलिंग सूचीवर [ईमेल संरक्षित], किंवा येथे टिप्पणीमध्ये.

स्त्रोत: www.habr.com

STM32F7-Discovery वर OpenCV