NVIDIA Jetson nano Donkey Car –香港網友作品分享Fei Cheung

原文[Getting started with Jetson Nano and Donkey car aka Autonomous Car]，感謝 Fei Cheung 兄賜文~ 以下原文翻譯開始，也請參考機器人王國非強制購買連結。

Jetson Nano是一款針對AI邊緣運算 (注意這個詞最近有點氾濫) 的效能強大又經濟實惠的單板電腦。它只要USD 99，就能讓 maker 社群得以運用機器學習的強大威力。

我用 Raspberry Pi 來玩 Donkey car 有一段時間了。我真的很喜歡 Pi 也感謝社群所做的貢獻。我試過用它來訓練簡易CNN，但要加上更多感測器(例如IMU、Lidar) 之後，Pi的運算能力就明顯不足了。如果是需要大量運算的神經網路模型，在 Pi 上的 FPS就不會太好，甚至根本無法執行。我需要更強大但不能太貴的東西 😛 看看能否在 USD 100以下囉。

Jetson Nano來的正是時候。與Raspberry Pi不同，Jetson Nano 大概在一個月前發布，相關的教學與專案也很少。我花了很大一番功夫才把Jetson nano和Donkey car設定完成，所以決定要寫(也是我第一篇啦😆) 一篇教學，和大家分享如何設定。開始吧。

Jetson Nano方面只需要Jetson Nano主板、micro SD卡與Wi-Fi USB dongle

板子上沒有Wi-Fi 與藍牙讓我有點訝異。我根據 Nvidia的教學 來燒錄映像檔到 SD卡，並購買了建議的 Wi-Fi USB dongle：Edimax EW-7811Un

您只要跟著 NIVIDA原廠教學操作就可以開機了。看到歡迎畫面了嗎？恭喜！

不過… 在測試時，Wi-Fi 每幾分鐘就會斷線，這樣根本沒辦法下載必要的套件。我花了整整兩天 😕 來找答案，下列指令就是解答：

echo “blacklist rtl8192cu” | sudo tee -a /etc/modprobe.d/blacklist.conf

上述指令會關掉一些討厭的驅動程式，Wi-Fi 之後就正常了。另一個比較好的做法是重新編譯驅動程式，請參考本說明。

安裝套件

NVIDIA Jetson nano是一款為了機器學習而生的嵌入式系統，因此當然要安裝機器學習的框架！以下內容也可在 NVIDIA論壇中找到。

先從Tensorflow開始吧！

請在terminal中輸入以下指令：

sudo apt-get install python3-pip libhdf5-serial-dev hdf5-tools

pip3 install --extra-index-url https://developer.download.nvidia.com/compute/redist/jp/v42 tensorflow-gpu==1.13.1+nv19.3 --user  

這需要一段時間，機器看起來像是卡住一樣，我的nano花了大概45分鐘。裝完之後別忘了測試一下，確認沒有任何錯誤訊息。

donkey@donkey-desktop:~$ python3

Python 3.6.7 (default, Oct 22 2018, 11:32:17)

[GCC 8.2.0] on linux

Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.

>>> import tensorflow as tf

>>>

Pytorch也一起裝好吧

請在terminal中輸入以下指令：

wget https://nvidia.box.com/shared/static/veo87trfaawj5pfwuqvhl6mzc5b55fbj.whl -O torch-1.1.0a0+b457266-cp36-cp36m-linux_aarch64.whl

pip3 install numpy torch-1.1.0a0+b457266-cp36-cp36m-linux_aarch64.whl

再次檢查看看有沒有裝好

donkey@donkey-desktop:~$ python3

Python 3.6.7 (default, Oct 22 2018, 11:32:17)

[GCC 8.2.0] on linux

Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.

>>> import torch

>>> print(torch.__version__)

1.1.0a0+b457266

>>> print('CUDA available: ' + str(torch.cuda.is_available()))

CUDA available: True

>>>

最後安裝Keras，Donkey car會用到

我用apt-get 而非 pip，請在終端機輸入以下指令：

sudo apt-get install python3-scipy

sudo apt-get install python3-keras

測試：

donkey@donkey-desktop:~$ python3

Python 3.6.7 (default, Oct 22 2018, 11:32:17)

[GCC 8.2.0] on linux

Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.

>>> import keras

Using TensorFlow backend.

>>>

軟體差不多完成了，來看看硬體吧。

硬體設定

在此不會介紹Donkey car的逐步安裝過程，請參考Donkey Car網站教學，這邊只會介紹幾個關鍵步驟：

1. PCA9685 PWM driver
2. Camera

更新GPIO函式庫

NVIDIA 已提供了GPIO函式庫，並且與RPi.GPIO的API是一樣的，超棒！所以要從RPi函式庫轉移到Jetson Nano幾乎不用改什麼東西。請根據NVIDIA GitHub說明安裝好函式庫之後就可以開始測試GPIO腳位了。

安裝 PCA9685伺服機模組函式庫，用於控制方向盤與油門

pip3 install Adafruit_PCA9685

請將 PCA9685 接上 Jetson nano。請參考板子上的腳位編號即可：

PCA9685	Raspberry Pi GPIO
VCC	3.3V
SDL	SDL(3)
SCL	SCL(5)
GND	GND

一如往常，測試接線是否正常。請在終端機中輸入以下指令：

donkey@donkey-desktop:/opt/nvidia$ sudo i2cdetect -y -r 1

0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f

00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

40: 40 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --

70: 70 -- -- -- -- -- -- --

請看到位址0x40，這就是PCA9685。更多關於I2C通訊協定請參考本說明。

您的使用者帳號需要加入I2C群組才能存取I2C頻道。設定好之後，請將Pi重新開機才可以使用。請在終端機中輸入以下指令：

sudo usermod -a -G i2c username

sudo reboot

檢查使用者的群組設定：

donkey@donkey-desktop:~$ groups

i2c adm cdrom sudo audio dip video plugdev lpadmin gdm sambashare gpio

搞定。還ok嗎？下一步是設定攝影機。壞消息是 Pi camera 1 無法用於 Jetson Nano。我常用的廣角相機也不行。

重點在於不要選晶片型號為 OV5647 的攝影機，要選用晶片型號為 IMX219 的款式。IMX219驅動程式已經包含在映像檔中。

拉開卡楯 ，把相機排線整齊插入之後再把卡楯插回。請注意排線的方向，兩邊金屬接頭要在同一側。接好之後接上電源應該就沒問題了，攝影機請參考本文。

最後一步：安裝Donkeycar模組

我 fork 了 original donkey car repo 再做了一些修改。您可從我的 repo 下載 Donkey car 函式庫並開始安裝。請在終端機輸入以下指令：

git clone https://github.com/feicccccccc/donkeycar.git

cd donkeycar

pip3 install -e .

有興趣深入了解的話，我做的修改如下：

1. Add a new camera class
2. Add a default bus to Actuator parts
3. Add Int typecasting in Keras.py for a variable to make training works

設定所需的套件大約要45分鐘，請用以下指令建立您的小車資料夾：

donkey@donkey-desktop:~/sandbox$ donkey createcar d2

修改 manag.py 來使用新的攝影機。

#from donkeycar.parts.camera import PiCamera

from donkeycar.parts.camera import CSICamera

設定新的攝影機

#cam = PiCamera(resolution=cfg.CAMERA_RESOLUTION)    
#V.add(cam, outputs=['cam/image_array'], threaded=True)

cam = CSICamera(resolution=cfg.CAMERA_RESOLUTION)
V.add(cam, outputs=['cam/image_array'], threaded=False)

差不多都完成了，您可以根據自己的資料集來玩車子了！

donkey@donkey-desktop:~/sandbox/d2$ python3 manage.py drive

請用遠端連線登入 Jetson nano 來控制車子。最酷的地方是可以直接在 Jetson Nano上訓練模型喔！

開心玩吧！

心得

1. 在寫本篇文章時，我在垃圾箱找到一個USB Bluetooth dongle。插上 Jetson Nano 居然可以直接用！不需要額外設定就可以連到我的 PS4手把，讚！請根據本文來設定手把。合適的手把在取得資料集時非常方便。
2. 方向盤與油門好像會彼此干擾，原因應該是Jetson Nano與馬達都很耗電的緣故。瞬間電流過大所導致的壓降會影響ESC訊號。解法有二：對PCA9685伺服機驅動板使用獨立的電源或加上一個較大的電容來避免壓降。我個人喜歡第二種作法，但當時手邊也沒有電容。所以由下圖可看到我剪了一條USB傳輸線並焊了兩條跳線上去，最後再接到 PCA9685伺服機驅動板。

3. 如果需要完整SD卡映像檔的話，請和我說！(或留言在CAVEDU本文)。很多人要的話我就會放上來 XD