问通过Python进行实时操作

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当人们谈论实时计算时，他们的意思是从中断(通常由计时器触发)到处理正在运行的中断的应用程序代码的延迟既小又可预测。这意味着控制过程可以以非常精确的时间间隔重复运行，或者，与您的情况一样，可以非常精确地对外部事件进行计时。延迟的变化通常被称为“抖动”- 1ms最大抖动意味着重复到达的中断将具有最多1ms变化的响应延迟。

“小”和“可预测”都是相对的术语，当人们谈论实时性能时，他们可能是指1μ的最大抖动(例如，建造电力传输逆变器的人关心这种性能)，或者他们可能意味着几毫秒的最大抖动。这完全取决于应用程序的需求。

无论如何，Python不太可能是适合这项工作的工具，原因如下：

• Python主要运行在桌面操作系统上。桌面操作系统对最大抖动施加了一个下限；在Windows中，最大抖动是几秒钟。多秒事件并不经常发生，每一天或两天发生一次，如果一个事件与您试图测量的事情重合，那将是不幸的，但迟早会发生；数百毫秒范围内的抖动更频繁，可能每小时发生一次，而数十毫秒范围内的抖动相当频繁。桌面Linux的数字可能是相似的，尽管您可以对Linux内核应用不同的编译时选项和补丁集来改善这种情况- Google PREEMPT_RT_FULL.
• Python's停止世界垃圾收集器使延迟不确定。当Python决定它需要运行垃圾收集器时，您的程序就会停止，直到它结束。你可以通过仔细的内存管理和仔细设置垃圾收集器参数来避免这种情况，但是根据你使用的是什么库，你也可能不会这样做。
• 内存管理的其他特性使得确定性延迟变得困难。大多数实时系统避免堆分配(即C的malloc或C++的new)，因为它们花费的时间是不可预测的。Python巧妙地对你隐藏了这一点，使得控制延迟变得非常困难。同样，使用大量现成的库只会使情况变得更糟。
• 与此类似，重要的是实时进程的所有内存都保存在物理内存中，而不是调出到交换空间。在Python中没有好的方法来控制这一点，特别是在Windows上(在Linux上，你可能能够在某个地方调用mlockall，但任何新的分配都会打乱事情)。

不过，我有一个更基本的问题。你不会说你的按钮是物理按钮还是屏幕上的按钮。如果它在屏幕上，操作系统将在物理鼠标按键和到达Python应用程序的事件之间施加不可预知的延迟量。你将如何解释这一点？如果没有更准确的测量方法，你怎么知道它是否存在呢？

按照purist的标准，Python并不是一种实时语言--它有太多的库和函数，不可能是最快的。但是，如果你已经在使用操作系统，而不是嵌入式系统，你已经失去了很多真正的实时能力。(当我听到“实时”时，我想到的是VHDL代码流经FPGA线路所花费的时间。其他人用它来表示“我按下一个按钮，它就会做一些事情，从我缓慢的人类角度来看，是瞬间的”。我将假设您使用的是实时的后一种解释。)

关于刺激显示和按钮按下检测，我假设你的意思是你有一些东西(例如)，比如你向一个人展示了一张图像，让他们点击一个按钮来识别图像或确认他们已经看到了它--可能是为了测试反应速度。除非您担心精确到毫秒(与人类反应的时间相比，这应该是微不足道的)，否则您可以使用python进行这样的测试。要在图形用户界面上工作，请查看Tkinter：http://www.pythonware.com/library/tkinter/introduction/。要研究刺激和按下按钮之间的时间，请查看时间文档：http://docs.python.org/library/time.html

祝好运!

因为您正在尝试获得毫秒精度的时间延迟的科学测量，所以我不建议在通用计算机上执行任何受时间切片影响的过程。无论是用C实现的，还是用Java实现的，还是用Python实现的，如果它以分时模式运行，那么结果如何才能被验证呢？您可能需要证明CPU在测量过程中从未中断过进程，从而扭曲了结果。

听起来你可能需要为此目的构建一个专用设备，带有一个时钟电路，它以已知的频率滴答作响，并可以测量刺激和反应之间发生的离散滴答次数。然后，该设备可以由没有这种时序约束的软件控制。也许你应该把这个问题发布到Electrical Engineering交易所。

如果没有专用设备，你将不得不开发真正的实时软件，就现代操作系统而言，它在内核中运行，不受任务切换的影响。要做到这一点并不容易，而且需要付出大量的努力才能做到这一点。我猜，比你花更多的时间来构建一个专用的软件可控设备来实现你的目的。