plotter works. But rather slow

RFG_ADC_dataplotter.py

@@ -0,0 +1,425 @@
+#!/usr/bin/env python3
+"""
+Реалтайм-плоттер для свипов из виртуального COM-порта.
+
+Формат строк:
+  - "Sweep_start" — начало нового свипа (предыдущий считается завершённым)
+  - "curr_step X Y" — точка (индекс X, значение Y), все целые со знаком
+
+Отрисовываются два графика:
+  - Левый: последний полученный свип (Y vs X)
+  - Правый: водопад (последние N свипов во времени)
+
+Оптимизации для скорости:
+  - Парсинг и чтение в фоновой нити
+  - Анимация с обновлением только данных (без лишнего пересоздания фигур)
+  - Кольцевой буфер под водопад с фиксированным числом свипов
+
+Зависимости: matplotlib, numpy. PySerial опционален — при его отсутствии
+используется сырой доступ к TTY через termios.
+"""
+
+import argparse
+import io
+import os
+import sys
+import threading
+import time
+from queue import Queue, Empty, Full
+from typing import Optional, Tuple
+
+import numpy as np
+
+
+def try_open_pyserial(path: str, baud: int, timeout: float):
+    try:
+        import serial  # type: ignore
+    except Exception:
+        return None
+    try:
+        ser = serial.Serial(path, baudrate=baud, timeout=timeout)
+        return ser
+    except Exception:
+        return None
+
+
+class FDReader:
+    """Простой враппер чтения строк из файлового дескриптора TTY."""
+
+    def __init__(self, fd: int):
+        # Отдельно буферизуем для корректной readline()
+        raw = os.fdopen(fd, "rb", closefd=False)
+        self._buf = io.BufferedReader(raw, buffer_size=65536)
+
+    def readline(self) -> bytes:
+        return self._buf.readline()
+
+    def close(self):
+        try:
+            self._buf.close()
+        except Exception:
+            pass
+
+
+def open_raw_tty(path: str, baud: int) -> Optional[FDReader]:
+    """Открыть TTY без pyserial и настроить порт через termios.
+
+    Возвращает FDReader или None при ошибке.
+    """
+    try:
+        import termios
+        import tty
+    except Exception:
+        return None
+
+    try:
+        fd = os.open(path, os.O_RDONLY | os.O_NOCTTY)
+    except Exception:
+        return None
+
+    try:
+        attrs = termios.tcgetattr(fd)
+        # Установим «сырое» состояние
+        tty.setraw(fd)
+
+        # Скорость
+        baud_map = {
+            9600: termios.B9600,
+            19200: termios.B19200,
+            38400: termios.B38400,
+            57600: termios.B57600,
+            115200: termios.B115200,
+            230400: getattr(termios, "B230400", None),
+            460800: getattr(termios, "B460800", None),
+        }
+        b = baud_map.get(baud) or termios.B115200
+
+        attrs[4] = b  # ispeed
+        attrs[5] = b  # ospeed
+
+        # VMIN=1, VTIME=0 — блокирующее чтение по байту
+        cc = attrs[6]
+        cc[termios.VMIN] = 1
+        cc[termios.VTIME] = 0
+        attrs[6] = cc
+
+        termios.tcsetattr(fd, termios.TCSANOW, attrs)
+    except Exception:
+        try:
+            os.close(fd)
+        except Exception:
+            pass
+        return None
+
+    return FDReader(fd)
+
+
+class SerialLineSource:
+    """Единый интерфейс для чтения строк из порта (pyserial или raw TTY)."""
+
+    def __init__(self, path: str, baud: int, timeout: float = 1.0):
+        self._pyserial = try_open_pyserial(path, baud, timeout)
+        self._fdreader = None
+        self._using = "pyserial" if self._pyserial is not None else "raw"
+        if self._pyserial is None:
+            self._fdreader = open_raw_tty(path, baud)
+            if self._fdreader is None:
+                raise RuntimeError(
+                    f"Не удалось открыть порт '{path}' (pyserial и raw TTY не сработали)"
+                )
+
+    def readline(self) -> bytes:
+        if self._pyserial is not None:
+            try:
+                return self._pyserial.readline()
+            except Exception:
+                return b""
+        else:
+            try:
+                return self._fdreader.readline()  # type: ignore[union-attr]
+            except Exception:
+                return b""
+
+    def close(self):
+        try:
+            if self._pyserial is not None:
+                self._pyserial.close()
+            elif self._fdreader is not None:
+                self._fdreader.close()
+        except Exception:
+            pass
+
+
+class SweepReader(threading.Thread):
+    """Фоновый поток: читает строки, формирует завершённые свипы и кладёт в очередь."""
+
+    def __init__(self, port_path: str, baud: int, out_queue: Queue, stop_event: threading.Event):
+        super().__init__(daemon=True)
+        self._port_path = port_path
+        self._baud = baud
+        self._q = out_queue
+        self._stop = stop_event
+        self._src: Optional[SerialLineSource] = None
+
+    def _finalize_current(self, xs, ys):
+        if not xs:
+            return
+        try:
+            max_x = max(xs)
+        except ValueError:
+            return
+        width = max_x + 1
+        sweep = np.full((width,), np.nan, dtype=np.float32)
+        # Заполнение известными точками
+        for x, y in zip(xs, ys):
+            if 0 <= x < width:
+                sweep[x] = float(y)
+        # Кладём готовый свип (если очередь полна — выбрасываем самый старый)
+        try:
+            self._q.put_nowait(sweep)
+        except Full:
+            try:
+                _ = self._q.get_nowait()
+            except Exception:
+                pass
+            try:
+                self._q.put_nowait(sweep)
+            except Exception:
+                pass
+
+    def run(self):
+        # Состояние текущего свипа
+        xs: list[int] = []
+        ys: list[int] = []
+
+        try:
+            self._src = SerialLineSource(self._port_path, self._baud, timeout=1.0)
+            sys.stderr.write(f"[info] Открыл порт {self._port_path} ({self._src._using})\n")
+        except Exception as e:
+            sys.stderr.write(f"[error] {e}\n")
+            return
+
+        try:
+            while not self._stop.is_set():
+                raw = self._src.readline()
+                if not raw:
+                    # timeout/ошибка/EOF — небольшой сон, чтобы не крутить CPU
+                    time.sleep(0.001)
+                    continue
+                try:
+                    line = raw.decode("ascii", errors="ignore").strip()
+                except Exception:
+                    continue
+
+                if not line:
+                    continue
+
+                if line.startswith("Sweep_start"):
+                    # Завершаем предыдущий, начинаем новый
+                    self._finalize_current(xs, ys)
+                    xs.clear()
+                    ys.clear()
+                    continue
+
+                # curr_step X Y
+                # Разрешим как с пробелами, так и табами
+                parts = line.split()
+                if len(parts) >= 3 and parts[0].lower() == "curr_step":
+                    try:
+                        x = int(parts[1], 10)
+                        y = int(parts[2], 10)
+                    except Exception:
+                        continue
+                    xs.append(x)
+                    ys.append(y)
+        finally:
+            try:
+                # Завершаем оставшийся свип
+                self._finalize_current(xs, ys)
+            except Exception:
+                pass
+            try:
+                if self._src is not None:
+                    self._src.close()
+            except Exception:
+                pass
+
+
+def main():
+    parser = argparse.ArgumentParser(
+        description=(
+            "Читает свипы из виртуального COM-порта и рисует: "
+            "последний свип и водопад (реалтайм)."
+        )
+    )
+    parser.add_argument("port", help="Путь к порту, например /dev/ttyACM1")
+    parser.add_argument("--baud", type=int, default=115200, help="Скорость (по умолчанию 115200)")
+    parser.add_argument("--max-sweeps", type=int, default=200, help="Количество видимых свипов в водопаде")
+    parser.add_argument("--max-fps", type=float, default=30.0, help="Лимит частоты отрисовки, кадров/с")
+    parser.add_argument("--cmap", default="viridis", help="Цветовая карта водопада")
+    parser.add_argument("--title", default="ADC Sweeps", help="Заголовок окна")
+    parser.add_argument(
+        "--ylim",
+        type=str,
+        default=None,
+        help="Фиксированные Y-пределы для кривой формата min,max (например -1000,1000). По умолчанию авто",
+    )
+
+    args = parser.parse_args()
+
+    try:
+        import matplotlib
+        import matplotlib.pyplot as plt
+        from matplotlib.animation import FuncAnimation
+    except Exception as e:
+        sys.stderr.write(f"[error] Нужны matplotlib и ее зависимости: {e}\n")
+        sys.exit(1)
+
+    # Очередь завершённых свипов и поток чтения
+    q: Queue[np.ndarray] = Queue(maxsize=1000)
+    stop_event = threading.Event()
+    reader = SweepReader(args.port, args.baud, q, stop_event)
+    reader.start()
+
+    # Графика
+    fig, (ax_line, ax_img) = plt.subplots(1, 2, figsize=(12, 6))
+    fig.canvas.manager.set_window_title(args.title) if hasattr(fig.canvas.manager, "set_window_title") else None
+    fig.tight_layout()
+
+    # Состояние для отображения
+    current_sweep: Optional[np.ndarray] = None
+    width: Optional[int] = None
+    max_sweeps = int(max(10, args.max_sweeps))
+    ring = None  # type: Optional[np.ndarray]
+    head = 0
+    y_min, y_max = None, None
+
+    # Линейный график последнего свипа
+    line_obj, = ax_line.plot([], [], lw=1)
+    ax_line.set_title("Последний свип")
+    ax_line.set_xlabel("X")
+    ax_line.set_ylabel("Y")
+
+    fixed_ylim: Optional[Tuple[float, float]] = None
+    if args.ylim:
+        try:
+            y0, y1 = args.ylim.split(",")
+            fixed_ylim = (float(y0), float(y1))
+            ax_line.set_ylim(fixed_ylim)
+        except Exception:
+            sys.stderr.write("[warn] Некорректный формат --ylim, игнорирую. Ожидалось min,max\n")
+
+    # Водопад (будет инициализирован при первом свипе)
+    img_obj = ax_img.imshow(
+        np.zeros((1, 1), dtype=np.float32),
+        aspect="auto",
+        interpolation="nearest",
+        origin="upper",
+        cmap=args.cmap,
+    )
+    ax_img.set_title("Водопад (последние свипы)")
+    ax_img.set_xlabel("X")
+    ax_img.set_ylabel("Номер свипа (время →)")
+
+    # Для контроля частоты обновления
+    max_fps = max(1.0, float(args.max_fps))
+    interval_ms = int(1000.0 / max_fps)
+    frames_since_ylim_update = 0
+
+    def ensure_buffer(w: int):
+        nonlocal ring, width, head
+        if ring is not None and width == w:
+            return
+        width = w
+        ring = np.full((max_sweeps, w), np.nan, dtype=np.float32)
+        head = 0
+        # Обновляем изображение под новые размеры
+        img_obj.set_data(ring)
+        img_obj.set_extent((0, w - 1 if w > 0 else 1, 0, max_sweeps - 1))
+        ax_img.set_xlim(0, max(1, w - 1))
+        ax_img.set_ylim(max_sweeps - 1, 0)
+
+    def push_sweep(s: np.ndarray):
+        nonlocal ring, head, y_min, y_max
+        if s is None or s.size == 0 or ring is None:
+            return
+        # Нормализуем длину
+        w = ring.shape[1]
+        row = np.full((w,), np.nan, dtype=np.float32)
+        take = min(w, s.size)
+        row[:take] = s[:take]
+        ring[head, :] = row
+        head = (head + 1) % ring.shape[0]
+        # Обновляем мин/макс по данным (игнорим NaN)
+        sv_min = np.nanmin(row)
+        sv_max = np.nanmax(row)
+        if y_min is None or (not np.isnan(sv_min) and sv_min < y_min):
+            y_min = float(sv_min)
+        if y_max is None or (not np.isnan(sv_max) and sv_max > y_max):
+            y_max = float(sv_max)
+
+    def drain_queue():
+        nonlocal current_sweep
+        drained = 0
+        while True:
+            try:
+                s = q.get_nowait()
+            except Empty:
+                break
+            drained += 1
+            current_sweep = s
+            ensure_buffer(s.size)
+            push_sweep(s)
+        return drained
+
+    def make_display_ring():
+        # Возвращаем буфер с правильным порядком строк (старые сверху, новые снизу)
+        if ring is None:
+            return np.zeros((1, 1), dtype=np.float32)
+        if head == 0:
+            return ring
+        return np.roll(ring, -head, axis=0)
+
+    def update(_frame):
+        nonlocal frames_since_ylim_update
+        changed = drain_queue() > 0
+
+        # Обновление линии последнего свипа
+        if current_sweep is not None:
+            x = np.arange(current_sweep.size, dtype=np.int32)
+            line_obj.set_data(x, current_sweep)
+            # Лимиты по X постоянные под текущую ширину
+            ax_line.set_xlim(0, max(1, current_sweep.size - 1))
+            # Y-лимиты: фиксированные либо периодическая автоподстройка
+            if fixed_ylim is None:
+                frames_since_ylim_update += 1
+                if frames_since_ylim_update >= 3:  # реже трогаем ось для скорости
+                    y0 = np.nanmin(current_sweep)
+                    y1 = np.nanmax(current_sweep)
+                    if np.isfinite(y0) and np.isfinite(y1):
+                        margin = 0.05 * max(1.0, float(y1 - y0))
+                        ax_line.set_ylim(y0 - margin, y1 + margin)
+                    frames_since_ylim_update = 0
+
+        # Обновление водопада
+        if changed and ring is not None:
+            disp = make_display_ring()
+            img_obj.set_data(disp)
+            # Актуализируем цветовую шкалу только при расширении экстремумов
+            if y_min is not None and y_max is not None and np.isfinite(y_min) and np.isfinite(y_max):
+                if y_min != y_max:
+                    img_obj.set_clim(vmin=y_min, vmax=y_max)
+
+        # Возвращаем обновлённые артисты
+        return (line_obj, img_obj)
+
+    ani = FuncAnimation(fig, update, interval=interval_ms, blit=False)
+
+    plt.show()
+    # Нормальное завершение при закрытии окна
+    stop_event.set()
+    reader.join(timeout=1.0)
+
+
+if __name__ == "__main__":
+    main()