Tensorflow Lite移动平台编译|Bazel实践

Android平台编译

如果不做定制化操作，我们不需要自己编译TensorFlow Lite Android库。我们可以直接使用位于MavenCentral的TensorFlow Lite AAR。但是在某些情况下，我们需要本地编译TensorFlow Lite。例如，您可能正在构建一个包含operations selected from TensorFlow的自定义二进制文件，或者需要对TensorFlow Lite进行局部修改。

使用官方mave获取tflite库：

allprojects {
    repositories {
        mavenCentral()
        maven {  // Only for snapshot artifacts
            name 'ossrh-snapshot'
            url 'http://oss.sonatype.org/content/repositories/snapshots'
        }
        mavenLocal()
    }
}
dependencies {
    implementation 'org.tensorflow:tensorflow-lite:0.1.100'
}

编译过程

1. 安装Bazel及Android开发环境

Android开发环境每个Android开发者都有，这里就不做重复介绍，Bazel构建系统之前的文章已经做过介绍，下面主要说明下官方建议版本：

1. Android NDK用以编译TensorFlow Lite的C/C++代码，推荐的版本为19c；
2. Android SDK Build tools API建议大于23.

2. 配置WORKSPACE 和 .bazelrc

我们需要为构建TF Lite库进行环境配置。在TensorFlow源码检出根目录下运行/configure脚本，当脚本要求交互式地为/WORKSPACE配置Android环境变量时，选择“Yes”。该脚本将尝试使用以下环境变量配置设置:

• ANDROID_SDK_HOME
• ANDROID_SDK_API_LEVEL
• ANDROID_NDK_HOME
• ANDROID_NDK_API_LEVEL

如果没有设置这些变量，则必须在脚本提示符中以交互方式提供它们。成功的配置会在.tf_configure.bazshrc中生成类似于以下的条目:

build --action_env ANDROID_NDK_HOME="/usr/local/android/android-ndk-r19c"
build --action_env ANDROID_NDK_API_LEVEL="21"
build --action_env ANDROID_BUILD_TOOLS_VERSION="28.0.3"
build --action_env ANDROID_SDK_API_LEVEL="23"
build --action_env ANDROID_SDK_HOME="/usr/local/android/android-sdk-linux"

3. 编译和安装

一旦配置完了Bazel，我们就可以从源码根目录构建TensorFlow Lite AAR，执行如下所示命令:

bazel build -c opt --fat_apk_cpu=x86,x86_64,arm64-v8a,armeabi-v7a \
  --host_crosstool_top=@bazel_tools//tools/cpp:toolchain \
  //tensorflow/lite/java:tensorflow-lite

编译完将在bazel-bin/tensorflow/lite/java/中生成一个AAR文件。编译完的AAR包含全架构的so库。

我们可以构建更小的AAR文件，只针对以下一组模型:

bash tensorflow/lite/tools/build_aar.sh \
  --input_models=model1,model2 \
  --target_archs=x86,x86_64,arm64-v8a,armeabi-v7a

上面的脚本将生成tensorflow-lite.aar文件和可选的tensorflow-lite-select-tf-ops。如果其中一个模型使用Tensorflow操作，则aar文件。关于tensorflow lite的体积缩减可以参考: Reduce TensorFlow Lite binary size

使用Docker环境编译

在我们自己电脑配置比较麻烦或者有版本及环境冲突等问题，我们可以使用Docker构建，官方提供了编译Android AAR的Docker  file。

1. 安装Docker

从官网下载并安装Docker：www.docker.com/get-started

2. 下载Dockerfile

下载现成的Dockerfile：raw.githubusercontent.com/tensorflow/…

3. 构建镜像

将下载的Docker文件放到一个空文件夹中，运行下面命令构建Docker映像:

docker build . -t tflite-builder -f tflite-android.Dockerfile

4. 启动docker容器

我们使用交互式方式启动docker容器，将当前文件夹挂载到容器内的/host_dir(注意/tensorflow_src是容器内的TensorFlow存储库):

docker run -it -v $PWD:/host_dir tflite-builder bash

5.

进入容器后，我们可以运行以下程序来下载Android工具和库:

android update sdk --no-ui -a --filter tools,platform-tools,android-${ANDROID_API_LEVEL},build-tools-${ANDROID_BUILD_TOOLS_VERSION}

6. 运行编译

配置configure和.bazelrc后，启动编译。

7. 拷贝编译产物

在完成库的构建之后，我们将它们复制到容器中的/host_dir，以便在宿主机器上操作它们。

iOS平台库构建

TensorFlow Lite官方也同样为iOS提供了CocoaPods库。下面提供自定义的编译方案。iOS平台的构建只能在Mac系统。

1. 安装Xcode

如果我们的系统未安装Xcode，需要使用 xcode-select 安装 Xcode 8 或更高版本和工具：

xcode-select --install

如果是首次安装，还需要使用以下命令接受用户许可协议：

brew install automake
brew install libtool

2. 安装Bazel

按照之前文章介绍安装Bazel。

3. 配置工作区和.bazshrc

运行 TensorFlow 源码根目录下的 ./configure 脚本，在询问您是否希望构建支持 iOS 的 TensorFlow 时，选择“Yes”。

4. 构建 TensorFlowLiteC 动态框架（推荐）

正确配置 Bazel 后，使用以下命令构建 TensorFlowLiteC 框架。

bazel build --config=ios_fat -c opt \
  //tensorflow/lite/ios:TensorFlowLiteC_framework

此命令将在 TensorFlow源码 根目录的 bazel-bin/tensorflow/lite/ios/ 目录下生成 TensorFlowLiteC_framework.zip 文件。默认情况下，生成的框架全平台的二进制文件，其中包含 armv7、arm64 和 x86_64（但不包含 i386）。要查看在指定 --config=ios_fat 时使用的构建标志的完整列表，参阅 .bazelrc 文件中的 iOS 配置部分。

5. 构建 TensorFlowLiteC 静态框架

默认情况下，我们仅通过 Cocoapods 拉取到的是动态库。如果要改用静态框架，可以使用以下命令构建

TensorFlowLiteC 静态框架：

bazel build --config=ios_fat -c opt \
  //tensorflow/lite/ios:TensorFlowLiteC_static_framework

此命令将在 TensorFlow 源码根目录的 bazel-bin/tensorflow/lite/ios/ 目录下生成一个名为 TensorFlowLiteC_static_framework.zip 的文件。此静态框架的使用方式与动态框架完全相同。

TensorFlow Bazel脚本分析

tensorflow根目录下.bazelrc文件中注明了各个构建目标对应命令，比如对应Andorid平台：

# Android configs. Bazel needs to have --cpu and --fat_apk_cpu both set to the
# target CPU to build transient dependencies correctly. See
# https://docs.bazel.build/versions/master/user-manual.html#flag--fat_apk_cpu
build:android --crosstool_top=//external:android/crosstool
build:android --host_crosstool_top=@bazel_tools//tools/cpp:toolchain
build:android_arm --config=android
build:android_arm --cpu=armeabi-v7a
build:android_arm --fat_apk_cpu=armeabi-v7a
build:android_arm64 --config=android
build:android_arm64 --cpu=arm64-v8a
build:android_arm64 --fat_apk_cpu=arm64-v8a
build:android_x86 --config=android
build:android_x86 --cpu=x86
build:android_x86 --fat_apk_cpu=x86
build:android_x86_64 --config=android
build:android_x86_64 --cpu=x86_64
build:android_x86_64 --fat_apk_cpu=x86_64

总结

本文主要介绍了Tensorflow在Android和iOS平台的构建，编译的目标文件已经是各自平台可直接使用的了。针对底层库，比如Android，我们可能只需要直接使用动态库，则直接编译出Android对应的动态库即可。如何只编译动态库，以及编译出来的库如何使用，我们后面有时间逐步介绍。心急的同学可以参考一个基于tflite的Android开源库：android_tflite,纯Android NDK实现的GPU加速TensorFlow Lite应用程序。实现了包含高精度人脸检测，年龄和性别估计，人体姿态估计，艺术风格转换等：

人脸检测：

年龄预估：

头发分隔：