QCustomPlot 海量数据绘图

Question

我正在尝试使用 qcustomplot 类在我的 Qt Gui 程序上绘制一些串行数据。当我尝试绘制 100 个数据/秒的低采样频率数据时，我没有遇到任何问题。该图非常酷，并且可以流畅地绘制数据。但是在 1000 数据/秒这样的高采样率下，绘图仪成为串行读取功能的瓶颈。它减慢了串行速度，距离设备有 4-5 秒的巨大延迟。直截了当，绘图仪无法达到数据流速度。那么，有什么我不知道的常见问题或任何建议吗？

我认为这些场景，

1- 将整个程序分成 2 个或 3 个线程。例如，串行部分在一个线程中运行，绘图部分在另一个线程中运行，并且两个线程与一个 QSemaphore 通信

qcustom 绘图的 2- fps 是有限的。但是应该有一个解决方案，因为 NI LABVIEW 可以毫无延迟地绘制多达 2k 的数据

3- 在 USB 协议中设计一个新的虚拟串行设备。现在，我正在使用 ft232rl 串口转 USB 转换器。

4- 更改编程语言。 C# 或 java 中实时绘图的情况和类支持是什么？ （我知道这就像一个孩子说的，但这是其他语言体验的借口）

我的串口设备发送数据功能（它是用于实验的foo设备，没有严重的编码）简单地说：

void progTask()
{

DelayMsec(1); //my delay function, milisecond

//read value from adc13
Adc13Read(adcValue.ui32Part);

sendData[0] = (char)'a';
sendData[1] = (char)'k';
sendData[2] = adcValue.bytes[0];
sendData[3] = (adcValue.bytes[1] & 15);

Qt程序读取功能是：

//send test data
UARTSend(UART6_BASE,&sendData[0],4);
}

union{
unsigned char bytes[2];
unsigned int intPart;
unsigned char *ptr;
}serData;

void MedicalSoftware::serialReadData()
{

    if(serial->bytesAvailable()<4)
    {
     //if the frame size is less than 4 bytes return and 
     //wait to full serial receive buffer
     //note: serial->setReadBufferSize(4)!!!!
     return;
    }

QByteArray serialInData = serial->readAll();

//my algorithm
if(serialInData[0] == 'a' && serialInData[1] == 'k')
{
    serData.bytes[0] = serialInData[2];
    serData.bytes[1] = serialInData[3];

}else if(serialInData[2] == 'a' && serialInData[3] == 'k')
{
    serData.bytes[0] = serialInData[0];
    serData.bytes[1] = serialInData[1];
}
else if(serialInData[1] == 'a' && serialInData[2] == 'k')
{
    serial->read(1);
    return;
}else if(serialInData[0] == 'k' && serialInData[3] == 'a')
{
    serData.bytes[0] = serialInData[1];
    serData.bytes[1] = serialInData[2];

}

plotMainGraph(serData.intPart);

serData.intPart = 0;
}

而qcustom绘图设置功能是：

void MedicalSoftware::setGraphsProperties()
{
//MAIN PLOTTER
ui->mainPlotter->addGraph();
ui->mainPlotter->xAxis->setRange(0,2000);
ui->mainPlotter->yAxis->setRange(-0.1,3.5);
ui->mainPlotter->xAxis->setLabel("Time(s)");
ui->mainPlotter->yAxis->setLabel("Magnitude(mV)");
QSharedPointer<QCPAxisTickerTime> timeTicker(new QCPAxisTickerTime());
timeTicker->setTimeFormat("%h:%m:%s");
ui->mainPlotter->xAxis->setTicker(timeTicker);
ui->mainPlotter->axisRect()->setupFullAxesBox();

QPen pen;
pen.setColor(QColor("blue"));
ui->mainPlotter->graph(0)->setPen(pen);

dataTimer = new QTimer;
}

最后是绘图功能：

void MedicalSoftware::plotMainGraph(const quint16 serData)
{
static QTime time(QTime::currentTime());
double key = time.elapsed()/1000.0;
static double lastPointKey = 0;
if(key-lastPointKey>0.005)
{

    double value0 = serData*(3.3/4096);
    ui->mainPlotter->graph(0)->addData(key,value0);
    lastPointKey = key;
}
ui->mainPlotter->xAxis->setRange(key+0.25, 2, Qt::AlignRight);
counter++;

        ui->mainPlotter->replot();
        counter = 0;

}

Answer 1

快速回答：

你试过了吗：

ui->mainPlotter->replot(QCustomPlot::rpQueuedReplot);

根据文档，它可以在进行大量重新绘制时提高性能。

更长的答案：

我对您的代码的感觉是，您正试图尽可能多地重新绘制以获得“实时”绘图。但是，如果您使用的是带有桌面操作系统的 PC，则没有实时这样的东西。

你应该关心的是：

• 确保读取/写入串行端口的代码不会延迟太多。 “太多”是相对于连接的硬件来解释的。如果它变得非常时间紧迫（这似乎是你的情况），你必须优化你的读/写功能，并最终将它们单独放在一个线程中。这可以为该线程保留完整的硬件 CPU 内核。
• 确保图表的刷新速度足以让人眼看到。您无需在每次收到单个数据点时都重新绘制。

在您的情况下，您收到 1000 个数据/秒，每毫秒产生 1 个数据。这是相当快的，因为这超出了大多数桌面操作系统的默认计时器分辨率。这意味着在调用“serialReadData()”时您可能拥有多个数据点，并且您可以通过减少调用它来优化它（例如，每 10 毫秒调用一次，每次读取 10 个数据点）。然后，您可以每 30 毫秒调用一次“replot()”，这将每次添加 30 个新数据点，与您的代码相比，每 30 毫秒跳过大约 29 次 replot() 调用，并为您提供 ~30fps。

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1- 将整个程序分成 2 个或 3 个线程。例如，串行部分 在一个线程中运行，绘图部分在另一个线程中运行，两个 线程与 QSemaphore 通信

将 GUI 与串行部分分成 2 个线程是好的，因为您将防止 GUI 中出现阻塞串行通信的瓶颈。您也可以跳过使用信号量，而只依赖 Qt 信号/插槽连接（以 Qt::QueuedConnection 模式连接）。

4- 更改编程语言。什么情况和等级 在 C# 或 java 中支持实时绘图吗？ （我知道这就像一个孩子 说，但这是用其他语言体验的借口）

在最好的情况下，更改编程语言不会改变任何内容或可能会损害您的性能，尤其是当您使用未编译为本机 CPU 指令的语言时。 另一方面，更改绘图库可能会改变性能。您可以查看Qt Charts 和Qwt。不过，我不知道它们与 QCustomPlot 相比如何。