python - 如何从串行数据中减少 'readline()' 所花费的时间

Question

我正在尝试创建一个函数来从传感器获取陀螺仪组件 X、Y、Z。

功能如下:

def bimu_get_gyroscope_raw():
    #ser = serial.Serial('/dev/ttyUSB0', 115200, timeout=15)
    ser = serial.Serial('/dev/tty.usbserial-00002014', 115200, timeout=15)
    ser_io = io.TextIOWrapper(io.BufferedRWPair(ser, ser, 1),  
                               newline = '\r',
                               line_buffering = True)
    try:
        ser.isOpen()
        print('serial is open')
    except:
        print('error_1')
        exit()
    #--------------------
    i = 0
    gyro_dict = dict()
    if (ser.isOpen()):
        ser.flushInput()
        # write the function to get 
        while (i==0):
            try:
                print('serial is open_1')
                line = ser_io.readline()
                print('serial is open_2')
                print(line)
            except serial.SerialException as err:
                print("Error ocurred while reading data: {}".format(err))
            if not line.endswith('\r'):
                print("Attempt to read from serial port timed out ... Exiting.")
                break  # terminate the loop and let the program exit
            if line.startswith('S,'):
                i += 1
                line = line.split(',')
                print(line)
                if len(line)==12: 
                    gyro_dict = {'x':float(line[1]), 'y': float(line[2]), 'z': float(line[3]) }
    else:
        print('Cannot open serial port')
    return gyro_dict

我得到以下输出:

raw = bimu_get_gyroscope_raw()
print(raw)

serial is open
serial is open_1
-43,-122,-2833,83,65
serial is open_2
serial is open_1
S,2,0,0,-20,19,1014,-146,184,-158,168,99
serial is open_2
['S', '2', '0', '0', '-20', '19', '1014', '-146', '184', '-158', '168', '99\r']
{'z': 0.0, 'y': 0.0, 'x': 2.0}

我遇到的问题是，在我第一次调用 line = ser_io.readline() 之间使用指针式计时器在屏幕上书写大约需要 2.25 秒 serial is open_2 .
如果函数需要再次调用ser_io.readline()没有延迟和线路serial is open_1和 serial is open_2几乎同时出现。

我想第一次调用 readline()对端口或数据缓冲区进行内部操作，一旦完成，就会导致对 readline() 的连续调用跑得更快。

有什么办法可以解决这个问题并使函数始终快速运行。

编辑

我用 time 测试了时间python模块并修改了readline部分，如下所示:

     while (i<=5):
        try:
            print('before readline')
            start_time = time.time()
            line = ser_io.readline()
            #print(line)
            print("--- %s seconds ---" % (time.time() - start_time))
            #print(line)
            print('after readline')
        except serial.SerialException as err:
            print("Error ocurred while reading data: {}".format(err))
        if not line.endswith('\r'):
            print("Attempt to read from serial port timed out ... Exiting.")
            break  # terminate the loop and let the program exit
        if line.startswith('S,'):
            i += 1
            line = line.split(',')
            print(line)
            if len(line)==12: 
                gyro_dict = {'x':float(line[1]), 'y': float(line[2]), 'z': float(line[3]) }

结果如下:

    serial is open
before readline
--- 2.1859400272369385 seconds ---
after readline
before readline
--- 5.9604644775390625e-06 seconds ---
after readline
['S', '0', '0', '0', '380', '0', '-902', '-497', '-228', '200', '63', '103\r']
before readline
--- 2.86102294921875e-06 seconds ---
after readline
before readline
--- 3.814697265625e-06 seconds ---
after readline
['S', '-1', '0', '1', '375', '-8', '-918', '-497', '-223', '194', '64', '108\r']
before readline
--- 3.0994415283203125e-06 seconds ---
after readline
['S', '1', '0', '2', '380', '-10', '-909', '-500', '-223', '200', '65', '113\r']
before readline
--- 2.1457672119140625e-06 seconds ---
after readline
before readline
--- 1.9073486328125e-06 seconds ---
after readline
['S', '0', '0', '0', '379', '-1', '-914', '-500', '-220', '197', '66', '69\r']
before readline
--- 2.1457672119140625e-06 seconds ---
after readline
['S', '0', '0', '-1', '374', '-5', '-902', '-500', '-225', '1\r']
before readline
--- 3.0994415283203125e-06 seconds ---
after readline
['S', '1', '1', '1', '376', '-2', '-915', '-500', '-223', '192', '37', '75\r']

该函数第一次迭代需要两秒多，其余迭代非常快。

Answer 1

我有几个建议给你。我编写使用串行端口的 Windows 应用程序并使用不同的方法 - 我假设所有操作系统的原理都是相同的。我首先在程序开始时创建并打开端口，然后将其保持打开状态。在程序存在之前关闭端口是一个很好的做法，但这并不是真正必要的，因为之后操作系统会清理。

但是每次调用该函数时，您的代码都会创建并初始化端口。完成后，您没有明确关闭它；也许您可以摆脱这种情况，因为端口对象会被垃圾收集。在您尝试再次打开它之前，您相信串行库会在操作系统级别正确关闭端口。在任何情况下，如果创建端口对象有开销，为什么不产生一次并完成它呢？

您根本不需要创建 TextIOWrapper，更不用说双向的了。您想知道这是否是您的性能问题的原因，那么为什么不摆脱它呢？串行端口库具有您需要的所有功能:查看 read_until功能。

我认为你应该从这样的框架开始。我无法运行和测试这个程序，所以它只是一个示意图。我已经删除了所有错误处理代码。一个小问题是串行端口对字节进行操作，您必须将其转换为字符串。

ser = serial.Serial('/dev/tty.usbserial-00002014', 115200, timeout=15)
def bimu_get_gyroscope_raw():
    while True:
        ser.flushInput()
        b = ser.read_until('\r')
        s = str(b, encoding='latin1')  # convert to str
        if a.startswith('S,'):
            line = s.split(',')
            if len(line)==12: 
                return dict(x = float(line[1]),
                            y = float(line[2]),
                            z = float(line[3]))

我做了ser一个全局的，但您也可以将它作为参数传递给函数。

请记住串行端口在现代操作系统上的工作方式。您永远不会直接从硬件读取字符 - 操作系统正在为您执行此操作，并将字符放在输入缓冲区中。当您从端口“读取”时，您实际上是在从缓冲区中检索任何字符，或者等待它们的到来。您所观察到的 - 长时间的延迟，随后是快速连续的数据行 - 可以解释为陀螺仪硬件在几秒钟内什么都不做，然后产生超过一条线长的数据突发。我不知道你的陀螺仪是如何工作的，所以我不能说真的是这样。

PySerial 实现实际上是一组操作系统调用的包装器。 Python 开销非常小，其中大部分是错误处理代码。我相信您将能够使用 Python 每秒接收数千个字符——我一直都这样做。在现代 PC 上，三秒几乎是永恒的。必须有另一种解释。暂时不要认为 Python 是您的瓶颈。

通过查看屏幕并单击秒表来计时事件是笨拙的。查看 Python 时间包。您可以简单地在每个打印语句中打印 time.time() 的值并收起您的计时器。

您可以独立测试实现的数据收集部分。只需去掉解析数据的逻辑，并永远停留在 while 循环中。打印数据以及每个接收行的时间戳。如果您有另一个与串行端口通信的仪器，您可以将仪器的性能与软件的性能隔离开来。

最后，什么事件导致陀螺仪进行数据传输？它是只是定期广播其数据的仪器之一，还是您必须向它发送一些命令来请求数据？如果前者和广播每三秒一次，谜团就解开了；同样，如果是后者并且响应的延迟为三秒。我可以想象可能会出现这样的情况，因为仪器必须读取一些传感器并将结果转换为字符串。你没有向我们展示整个程序或告诉我们仪器是如何工作的，所以这只是猜测。