Советы по повышению эффективности кода построения последовательных данных в реальном времени

Question

Я ищу предложения о том, как улучшить свой код, чтобы он мог работать более эффективно в режиме реального времени. Я потратил немало времени, пытаясь выяснить, как векторизовать мой товар и уменьшить количество циклов, а также улучшить графики в реальном времени (используя Matlab R2019a)

Буду признателен за предложения по

1) Векторизация кода

2) Попытка выяснить, как использовать удержание с субплотом. В настоящее время я инициализирую свой субплот и график перед тем, как войти в процедуру последовательных данных. Однако вместо того, чтобы добавлять каждую точку данных на график, я многократно строю все свои XData и YData от начала до текущей точки на каждой итерации, используя команду set, что я считаю бесполезным.

3)Любые другие предложения по эффективности

4) f.stop - это функция, которая создает кнопку, позволяющую мне запускать и останавливать процедуру. Если есть лучший способ сделать это, например, использовать дескрипторы сюжета таким образом, что процедура закрывается, когда я закрываю график, это также будет оценено.

Кодовый фон

Код последовательно считывает и выводит на экран мультиплексированные данные о емкости с пользовательской печатной платы, которая управляется Arduino. Печатная плата опрашивает массив конденсаторных ячеек 3х3, где каждая ячейка имеет 4 сигнала дифференциальной емкости - всего 36 сигналов. Это строится на 3x3, 4 сигнала на каждом графике. Данные представляют собой просто поток чисел, и я использую 29069 и 29070 в качестве маркеров, чтобы сообщить мне, когда плата начнет запускать и заканчивать опрос всех каналов возбуждения. Поток данных читается путем последовательного просмотра всех 12 сигналов канала возбуждения и объединения его в наборы по 4, перехода к следующему каналу емкости, повторения всего процесса 3 раза (операторы регистра).

%% Serial Data Acquisition from Arduino to Matlab
clc
clear all
close all
%Preallocate Arrays
c1 = zeros(4,1000);
c2 = zeros(4,1000);
c3 = zeros(4,1000);
c4 = zeros(4,1000);
c5 = zeros(4,1000);
c6 = zeros(4,1000);
c7 = zeros(4,1000);
c8 = zeros(4,1000);
c9 = zeros(4,1000);
c1_timer = zeros(5,1000);
incoming_data_1 = zeros(4,8)
incoming_data_2 = zeros(4,8)
incoming_data_3 = zeros(4,8)
arduino=serial('COM5','BaudRate',38400);
count = 1;
flag = 0;
f = stoploop
plot_count_1 = 1;
plot_count_2 = 1;
plot_count_3 = 1;
data_count = 1;
exc_ch_number = 1;
total_exc_ch_number = 13;
cin_ch_number = 1;
total_cin_ch_number = 3;
% Setup the Initial Plot
figure(1)
subplot(3,3,1)
plotGraph1 = plot(1:plot_count_1,c1(:,1:plot_count_1));
xtickangle(90)
legend('Top Left', 'Bot Left', 'Bot Right', 'Top Right', 'Location','southwest');
subplot(3,3,2)
plotGraph2 = plot(1:plot_count_1,c2(:,1:plot_count_1));
xtickangle(90)
legend('Top Left', 'Bot Left', 'Bot Right', 'Top Right', 'Location','southwest');
subplot(3,3,3)
plotGraph3 = plot(1:plot_count_2,c3(:,1:plot_count_1));
xtickangle(90)
legend('Top Left', 'Bot Left', 'Bot Right', 'Top Right', 'Location','southwest');
subplot(3,3,4)
plotGraph4 = plot(1:plot_count_2,c4(:,1:plot_count_2));
xtickangle(90)
legend('Top Left', 'Bot Left', 'Bot Right', 'Top Right', 'Location','southwest');
subplot(3,3,5)
plotGraph5 = plot(1:plot_count_2,c5(:,1:plot_count_2));
xtickangle(90)
legend('Top Left', 'Bot Left', 'Bot Right', 'Top Right', 'Location','southwest');
subplot(3,3,6)
plotGraph6 = plot(1:plot_count_2,c6(:,1:plot_count_2));
xtickangle(90)
legend('Top Left', 'Bot Left', 'Bot Right', 'Top Right', 'Location','southwest');
subplot(3,3,7)
plotGraph7 = plot(1:plot_count_3,c7(:,1:plot_count_3));
xtickangle(90)
legend('Top Left', 'Bot Left', 'Bot Right', 'Top Right', 'Location','southwest');
subplot(3,3,8)
plotGraph8 = plot(1:plot_count_3,c8(:,1:plot_count_3));
xtickangle(90)
legend('Top Left', 'Bot Left', 'Bot Right', 'Top Right', 'Location','southwest');
subplot(3,3,9)
plotGraph9 = plot(1:plot_count_3,c9(:,1:plot_count_3));
xtickangle(90)
legend('Top Left', 'Bot Left', 'Bot Right', 'Top Right', 'Location','southwest');
fopen(arduino)
timer_value = tic;
% Start the Serial Data read routine
while (~f.Stop())

    data = fscanf(arduino, '%d')


     if(data == 29069)
        flag = 1;
        continue

     elseif(data == 29070)
         flag = 0;
         data_count = 1;
         exc_ch_number =  exc_ch_number+1;


         if(exc_ch_number>total_exc_ch_number)
             exc_ch_number = 1

             switch cin_ch_number
             case 1
             c1(1:4,plot_count_1) = ((incoming_data_1(3,1:4)'./16777215).*8.192)-4.096;
             c1_timer(5,plot_count_1) = round(toc(timer_value));
             c2(1:4,plot_count_1) = ((incoming_data_1(3,[5 6 7 8])'./16777215).*8.192)-4.096;
             c3(1:4,plot_count_1) = ((incoming_data_1(3,9:12)'./16777215).*8.192)-4.096;

             set(plotGraph1,'XData',c1_timer(5,1:plot_count_1),{'YData'},num2cell(c1(:,1:plot_count_1),2));

             set(plotGraph2,'XData',c1_timer(5,1:plot_count_1),{'YData'},num2cell(c2(:,1:plot_count_1),2));

             set(plotGraph3,'XData',c1_timer(5,1:plot_count_1),{'YData'},num2cell(c3(:,1:plot_count_1),2));

             plot_count_1 = plot_count_1+1;

             case 2
             c4(1:4,plot_count_2) = ((incoming_data_2(3,1:4)'./16777215).*8.192)-4.096;
             c5(1:4,plot_count_2) = ((incoming_data_2(3,[5 6 7 8])'./16777215).*8.192)-4.096;
             c6(1:4,plot_count_2) = ((incoming_data_2(3,9:12)'./16777215).*8.192)-4.096;

             set(plotGraph4,'XData',c1_timer(5,1:plot_count_2),{'YData'},num2cell(c4(:,1:plot_count_2),2));

             set(plotGraph5,'XData',c1_timer(5,1:plot_count_2),{'YData'},num2cell(c5(:,1:plot_count_2),2));

             set(plotGraph6,'XData',c1_timer(5,1:plot_count_2),{'YData'},num2cell(c6(:,1:plot_count_2),2));

             plot_count_2 = plot_count_2+1;


             case 3
             c7(1:4,plot_count_3) = ((incoming_data_3(3,1:4)'./16777215).*8.192)-4.096;
             c8(1:4,plot_count_3) = ((incoming_data_3(3,[5 6 7 8])'./16777215).*8.192)-4.096;
             c9(1:4,plot_count_3) = ((incoming_data_3(3,9:12)'./16777215).*8.192)-4.096;

             set(plotGraph7,'XData',c1_timer(5,1:plot_count_3),{'YData'},num2cell(c7(:,1:plot_count_3),2));

             set(plotGraph8,'XData',c1_timer(5,1:plot_count_3),{'YData'},num2cell(c8(:,1:plot_count_3),2));

             set(plotGraph9,'XData',c1_timer(5,1:plot_count_3),{'YData'},num2cell(c9(:,1:plot_count_3),2));

             plot_count_3 = plot_count_3+1;

             end

             cin_ch_number = cin_ch_number+1;


             if(cin_ch_number>total_cin_ch_number)
                 cin_ch_number = 1;
             end
         end
     end


     if(flag==1)
         switch cin_ch_number
             case 1
                 incoming_data_1(data_count,exc_ch_number) = data;

             case 2
                 incoming_data_2(data_count,exc_ch_number) = data;

             case 3
                 incoming_data_3(data_count,exc_ch_number) = data;
         end

         data_count = data_count+1;
     end



end
delete(arduino)
clear arduino

Answer 1

Вы предварительно выделяете массивы данных для 1000 элементов, но нет никакой гарантии, что вы не будете использовать больше. Таким образом, вы, вероятно, будете расширять эти массивы, что стоит времени.

Далее, в следующих выражениях:

set(plotGraph1,'XData',c1_timer(5,1:plot_count_1),{'YData'},num2cell(c1(:,1:plot_count_1),2));

вы копируете данные путем индексации и копируете снова, чтобы преобразовать в ячейкумассив для каждой итерации цикла. То есть num2cell(c1(:,1:plot_count_1),2) вызывает две копии всех записанных данных. Это намного дороже, чем добавление в массив *. Я бы просто добавил к свойствам XData и YData, чтобы избежать дублирования и копирования данных постоянно:

c1 = ((incoming_data_1(3,1:4)'./16777215).*8.192)-4.096;
c1_timer = round(toc(timer_value));
% ...
for ii=1:4
   plotGraph1(ii).XData(end+1) = c1_timer;
   plotGraph1(ii).YData(end+1) = c1(ii);
end

_{* Обратите внимание, что MATLAB при добавлении удваивает внутреннее хранилище длямассив при необходимости, такой, что многократное добавление n элементов в массив стоит O ( n log n ), а не O ( n ²). См. этот другой вопрос и ответ для демонстрации.}

---

Минимальный воспроизводимый пример:

figure(1)
timer_value = tic;
plotGraph1 = plot(0,zeros(4,1),'.-');
while true
   c1 = randn(4,1);
   c1_timer = toc(timer_value);
   % ...
   for ii=1:4
      plotGraph1(ii).XData(end+1) = c1_timer;
      plotGraph1(ii).YData(end+1) = c1(ii);
   end
   drawnow
   pause(0.1)
end

Answer 2

Возможно, вы захотите использовать анимированную функцию . Он заботится о многих оптимизациях, о которых вам нужно беспокоиться в этом случае.

Answer 3

Я не пробовал запускать ваш код, так как было бы трудно обойтись без отсутствующей функции или аппаратного обеспечения arduino. Вам следует взглянуть на документацию для предоставления минимального воспроизводимого примера: https://stackoverflow.com/help/minimal-reproducible-example Однако я определенно могу предложить несколько советов:

Во-первых, вы пытались использовать профилировщик Matlab? Из редактора вы можете использовать кнопку «Run and Time». Вы также можете запустить его из командной строки следующим образом:

profile on; my_func_here; profile viewer

Способ обновления графика имеет смысл для меня. Вот что я бы сделал: Обновление свойств XData / YData. Независимо от того, переписываете ли вы весь вектор или обновляете одну позицию, на самом деле это не имеет значения. В качестве другого подхода вы можете попробовать вызвать plot, чтобы каждый раз отображать одну новую точку;но я подозреваю, что это будет медленнее. Это то, что вы можете легко попробовать разные подходы, профилировать каждый, и посмотреть, который является наиболее эффективным.

Что касается остановки сюжета, ваш подход кажется нормальным. Если вы хотите остановить его, когда закроете график, он, вероятно, сделает это без какого-либо дополнительного кода, потому что он выдаст ошибку, когда рисунок и графики исчезнут. Если вам нужно более точное решение, вы можете сначала получить указатель на фигуру:

f = figure(1);

Затем в цикле while убедитесь, что фигура верна:

while isvalid(f)

Конечновы все равно можете получить код, выдающий ошибку, потому что вы можете закрыть цифру между проверкой isvalid и вызовом одной из функций plot. Таким образом, чтобы избежать этого, вы можете обернуть свои вызовы, чтобы изменить сюжет в try / catch.