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# AI-Box软件实现指南
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## 1. 开发环境搭建
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### 1.1 系统要求
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- **主机系统**: Ubuntu 20.04 LTS 或更高版本
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- **交叉编译工具链**: aarch64-linux-gnu-gcc 9.3.0 或更高
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- **存储空间**: 至少20GB可用空间（包含模型文件）
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### 1.2 依赖安装
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```bash
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# 基础开发工具
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sudo apt update
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sudo apt install -y build-essential cmake git wget curl
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# 交叉编译工具链
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sudo apt install -y gcc-aarch64-linux-gnu g++-aarch64-linux-gnu
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# Python环境（用于模型转换和测试）
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sudo apt install -y python3 python3-pip python3-venv
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python3 -m venv venv
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source venv/bin/activate
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pip install onnx onnxruntime numpy torch torchvision
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# Fellow 1 NPU SDK（需从厂商获取）
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# 解压到 ./fellow1-sdk 目录
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```
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### 1.3 代码仓库配置
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```bash
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# 克隆项目仓库
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git clone http://zxu:zxu123456@47.253.94.217:3000/zxu/its-gen1.git
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cd its-gen1
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# 配置Git用户信息
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git config user.name "Your Name"
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git config user.email "your.email@company.com"
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# 创建开发分支
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git checkout -b feature/your-feature-name
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```
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## 2. MCU软件开发指南
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### 2.1 项目结构
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```
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mcu/
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├── src/
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│ ├── main.c # 主函数入口
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│ ├── power_manager.c # 电源管理模块
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│ ├── spi_driver.c # SPI驱动实现
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│ ├── uart_driver.c # UART驱动实现
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│ ├── gpio_driver.c # GPIO驱动实现
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│ └── ipcl_protocol.c # IPCL协议栈
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├── include/
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│ ├── power_manager.h
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│ ├── spi_driver.h
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│ ├── uart_driver.h
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||
│ ├── gpio_driver.h
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│ └── ipcl_protocol.h
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├── test/
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│ └── mcu_unit_tests.c # 单元测试
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└── CMakeLists.txt # 构建配置
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```
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### 2.2 关键接口实现
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#### 2.2.1 SPI驱动实现要点
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```c
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// spi_driver.h
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#define SPI_BUFFER_SIZE 512
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#define SPI_SYNC_HEADER 0xAA55
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typedef struct {
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uint16_t sync_header; // 同步头 0xAA55
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uint8_t command_type; // 命令类型
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uint16_t data_length; // 数据长度 (0-512)
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uint8_t data[SPI_BUFFER_SIZE]; // 数据区
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uint16_t crc; // CRC校验
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} spi_packet_t;
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// 关键函数
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int spi_init(uint32_t baudrate); // 初始化SPI (≥10Mbps)
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int spi_send_packet(spi_packet_t* packet); // 发送数据包
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int spi_receive_packet(spi_packet_t* packet); // 接收数据包
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uint16_t calculate_crc(uint8_t* data, size_t len); // CRC计算
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```
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#### 2.2.2 电源管理状态机
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```c
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// power_manager.h
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typedef enum {
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POWER_MODE_RUNNING, // 运行模式
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POWER_MODE_SLEEPING, // 休眠模式
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POWER_MODE_LOW_POWER, // 低功耗模式
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||
POWER_MODE_SHUTDOWN // 关机模式
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} power_mode_t;
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||
// 状态机函数
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int power_manager_init(void);
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||
int set_power_mode(power_mode_t mode);
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power_mode_t get_current_power_mode(void);
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int handle_wakeup_source(wakeup_source_t source);
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||
```
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#### 2.2.3 SoC健康监测
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```c
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// uart_driver.h
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#define UART_HEALTH_REPORT_PERIOD_MS 1000
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#define UART_HEALTH_TIMEOUT_MS 3000
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||
typedef struct {
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uint8_t sync_header; // 0xAA
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uint8_t status_type; // CPU/MEM/PERIPH/SYSTEM
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uint32_t status_data; // 状态数据
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||
uint8_t crc; // CRC校验
|
||
} uart_health_packet_t;
|
||
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||
// 健康监测函数
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int uart_health_monitor_init(void);
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int start_health_monitoring(void);
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int stop_health_monitoring(void);
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void handle_soc_timeout(void); // SoC超时处理（强制复位）
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```
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### 2.3 编译与调试
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```bash
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# MCU编译
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cd mcu
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mkdir build && cd build
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cmake .. -DCMAKE_TOOLCHAIN_FILE=../toolchain-arm-none-eabi.cmake
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make
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# 调试命令（使用JTAG/SWD）
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arm-none-eabi-gdb mcu_firmware.elf
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```
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## 3. SoC软件开发指南
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### 3.1 项目结构
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```
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soc/
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├── kernel/
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│ ├── drivers/ # 内核驱动
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│ │ ├── fellow1_npu.c # F1 NPU驱动
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│ │ ├── camera_v4l2.c # 摄像头V4L2驱动
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||
│ │ └── ipcl_interface.c # IPCL接口驱动
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||
│ └── config/ # 内核配置
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├── userspace/
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│ ├── system_service/ # 系统服务
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||
│ ├── ai_service/ # AI服务
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||
│ ├── communication/ # 通信模块
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│ └── utils/ # 工具库
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||
├── models/ # 模型文件
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│ ├── qwen-7b.onnx
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||
│ └── llama-7b.onnx
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└── CMakeLists.txt
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```
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### 3.2 Linux内核配置要点
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```bash
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# 必需的内核配置选项
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CONFIG_GPIO_SYSFS=y
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CONFIG_SPI_MASTER=y
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CONFIG_SPI_SPIDEV=y
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CONFIG_SERIAL_8250=y
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||
CONFIG_V4L_PLATFORM_DRIVERS=y
|
||
CONFIG_PCIE_DW=y
|
||
CONFIG_THERMAL=y
|
||
```
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### 3.3 Fellow 1 NPU驱动开发
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```c
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// fellow1_npu.h
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struct fellow1_npu_device {
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void __iomem *regs; // 寄存器映射
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struct pci_dev *pdev; // PCIe设备
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dma_addr_t shared_mem_dma; // 共享内存DMA地址
|
||
void *shared_mem_virt; // 共享内存虚拟地址
|
||
};
|
||
|
||
// 关键API
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||
int fellow1_npu_init(struct pci_dev *pdev);
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||
int fellow1_npu_submit_inference(void *model_data, size_t model_size,
|
||
void *input_data, size_t input_size,
|
||
void *output_buffer, size_t output_size);
|
||
int fellow1_npu_wait_completion(void);
|
||
```
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### 3.4 AI服务实现
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```python
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# ai_service/model_manager.py
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||
class ModelManager:
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def __init__(self):
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self.loaded_models = {}
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self.shared_memory_pool = SharedMemoryPool()
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||
def load_model(self, model_path, quantization='INT8'):
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||
"""模型分片加载，避免内存溢出"""
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||
model_chunks = self._split_model(model_path)
|
||
for chunk in model_chunks:
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||
self._load_chunk_to_npu(chunk, quantization)
|
||
return model_id
|
||
|
||
def inference_async(self, model_id, input_data, callback):
|
||
"""异步推理接口"""
|
||
task_id = self._submit_to_npu(model_id, input_data)
|
||
self._register_callback(task_id, callback)
|
||
return task_id
|
||
```
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## 4. F1 NPU软件开发指南
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### 4.1 推理运行时架构
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```
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f1_runtime/
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├── scheduler/ # 任务调度器
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├── memory_manager/ # 内存管理器
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├── kernel_executor/ # 内核执行器
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├── quantization/ # 量化模块
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||
└── api/ # 对外API
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||
```
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### 4.2 关键优化技术
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- **零拷贝传输**: 使用PCIe ATS (Address Translation Services)
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- **模型分片**: 将大模型分割为适合NPU缓存的小块
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- **量化感知训练**: INT4/INT8量化保持精度
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- **温度自适应**: 根据芯片温度动态调整频率
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## 5. 集成与测试
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### 5.1 构建脚本
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```bash
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#!/bin/bash
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# build_all.sh
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set -e
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echo "Building MCU firmware..."
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cd mcu && mkdir -p build && cd build
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cmake .. && make
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cd ../..
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||
echo "Building SoC kernel modules..."
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||
cd soc/kernel && make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
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||
echo "Building userspace applications..."
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||
cd ../userspace && cmake . && make
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||
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||
echo "Build completed successfully!"
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```
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### 5.2 测试策略
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- **单元测试**: 每个模块独立测试
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- **集成测试**: MCU-SoC-F1三端联调
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- **性能测试**: 推理延迟、功耗、唤醒时间
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- **可靠性测试**: 极端温度、电源波动、故障恢复
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### 5.3 调试技巧
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- **日志级别**: DEBUG/INFO/WARNING/ERROR
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- **串口调试**: MCU和SoC都输出调试信息
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- **性能分析**: 使用perf和ftrace分析瓶颈
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- **内存检查**: Valgrind检测内存泄漏
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## 6. 版本管理规范
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### 6.1 Git提交规范
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```
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feat: 添加新功能
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fix: 修复bug
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docs: 文档更新
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style: 代码格式调整
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refactor: 重构代码
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test: 添加测试
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chore: 构建或辅助工具变更
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```
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### 6.2 分支策略
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- **main**: 稳定版本，可发布
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- **develop**: 开发主干，集成各功能
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- **feature/***: 功能开发分支
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- **hotfix/***: 紧急修复分支
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### 6.3 代码审查清单
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- [ ] 代码符合编码规范
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- [ ] 单元测试覆盖率 ≥ 80%
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- [ ] 内存安全（无泄漏、越界）
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- [ ] 异常处理完整
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- [ ] 性能满足需求
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- [ ] 文档同步更新
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## 7. 部署与维护
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### 7.1 固件更新流程
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1. 构建完整固件包
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2. 通过远程管理接口推送
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3. MCU验证固件完整性
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4. 安全回滚机制（失败时恢复旧版本）
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### 7.2 远程监控
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- **健康状态**: CPU/内存/温度/电源状态
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- **AI性能**: 推理QPS、延迟、成功率
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- **通信质量**: SPI/UART错误率、重传次数
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- **告警机制**: 异常情况自动上报
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**注意**: 本文档需要与《软件需求规格说明书》和《软件架构设计》配合使用，确保实现与设计一致。 |