在Python中以一致的频率做某事

如何解决在Python中以一致的频率做某事

我有一个从串行端口读取，访问寄存器然后将数据写入CSV的python程序。我想以100Hz的设定频率对csv执行写入操作。以下是与尝试限制向CSV写入的时序有关的示例代码。为简单起见，它将仅打印到控制台，而不是写入csv。

import datetime
from datetime import timezone 
import time

FREQ = 5
CYCLETIME = 1/FREQ

def main():
    
    while(1):
        ### Code that will read message bytes from a port

        # Time start for Hz
        start = time.monotonic() 
        delta = time.monotonic() - start
        if delta < CYCLETIME:
            time.sleep(CYCLETIME - delta)

        # in the full program we write to a csv but in this simple program we will just print it
        milliseconds_since_epoch = datetime.datetime.now(timezone.utc)
        print(milliseconds_since_epoch)

if __name__ == "__main__":
    main()

2020-08-24 18:57:15.572637+00:00
2020-08-24 18:57:15.773183+00:00
2020-08-24 18:57:15.973637+00:00
2020-08-24 18:57:16.174117+00:00
2020-08-24 18:57:16.374569+00:00
2020-08-24 18:57:16.575058+00:00
2020-08-24 18:57:16.775581+00:00
2020-08-24 18:57:16.976119+00:00
2020-08-24 18:57:17.176627+00:00
2020-08-24 18:57:17.377103+00:00
2020-08-24 18:57:17.577556+00:00

对于5Hz，输出似乎是一致的，但是如果将其更改为100Hz，则似乎不一致。听起来这可能是与time.monotonic相关的时间精度漂移。这是一个好方法吗？ time.montonic是否合适？

我对pythons线程库的了解有限，但是在不久的将来，我计划为每个任务创建2个子线程。一个不断从串行读取数据，另一个不断写入（或者在我们的示例中，每100Hz进行打印）。

编辑： 我采用以下解决方案并对其进行了修改。原始解决方案似乎只打印一次。这是我的新尝试：

import datetime
from datetime import timezone 
import time

FREQ = 5
CYCLETIME = 1/FREQ

def main():
    t0 = time.perf_counter()    # Time ref point in ms
    time_counter = t0           # Will be incremented with CYCLETIME for each iteration

    while 1:
        ### Code that will read message bytes from a port

        now = time.perf_counter()
        elapsed_time = now - time_counter
        if elapsed_time < CYCLETIME:
            target_time =  CYCLETIME - elapsed_time
            time.sleep(target_time)
           
        # In the full program we write to a csv but in this simple program we will just print it
        milliseconds_since_epoch = datetime.datetime.now(timezone.utc)
        print(milliseconds_since_epoch)

        time_counter += CYCLETIME

if __name__ == "__main__":
    main()

输出：

我使用matplot lib来确定创建此输出的频率。我将当前值和前一个值的滚动窗口差作为倒数，因为频率= 1 /（时间差）。

解决方法

您的算法有5个问题：

• 根据您的系统，使用time.sleep()的准确性较低，有时会出现10-13ms左右的错误。 （ref）
• start和delta变量不会跟踪花费在print()上的时间，因为delta是在start之后设置的。
• start和delta变量使用两个不同的time.monotonic()。您应该只调用一次函数，并将该值传递给另一个变量，以确保使用相同的时间值。
• time.monotonic()的滴答速度是每秒64。请改用time.perf_counter()。 （ref）
• 您正在time.sleep()上做一次三角时间，准确性较低。如果有两个线程一起运行，则几乎不会同步周期。您需要一个时间跟踪器，该跟踪器可根据经过的时间使其进入睡眠状态。

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修复：

以下代码使用time.perf_counter()，并使用time_counter来跟踪先前的循环迭代时间戳。

下一个循环时间是previous loop timestamp + cycle time-elapsed time。因此，我们将确保time.sleep()在此之前将程序休眠。

def main():
    t0 = time.perf_counter()  # Time ref point
    time_counter = t0  # Will be incremented with CYCLETIME for each iteration

    while 1:
        ### Code that will read message bytes from a port

        now = time.perf_counter()
        elapsed_time = now - t0
        target_time = time_counter + CYCLETIME
        if elapsed_time < target_time:
            time.sleep(target_time - elapsed_time)

        # In the full program we write to a csv but in this simple program we will just print it
        milliseconds_since_epoch = datetime.datetime.now(timezone.utc)
        print(milliseconds_since_epoch)

        time_counter += CYCLETIME