使用pyserial读取TI IWR1843BOOST雷达时的FPS不匹配问题

通过pyserial读取TI IWR1843BOOST雷达模块的原始十六进制数据时，雷达配置为35 fps的测量速率，理论上每29 ms应接收一个数据包。但实际pyserial每隔约60 ms会一次性接收2个（偶尔3个）数据包，导致数据处理帧率仅17 fps。目前无法确定是雷达芯片硬编码的数据包缓存发送问题，还是数据读取等待逻辑存在错误。

所用代码 #

def read_data_from_sensor(port, baudrate):
    try:
        with serial.Serial(port, baudrate, timeout=0.1) as ser:
            print(f"[INFO] Listening to {port}...")
            while True:
                data = ser.read(ser.in_waiting)
                # 查找数据包起始位置
                magic_indices = find_magic_indices(data)
                packets = []
                for i in range(len(magic_indices)):
                    start = magic_indices[i]
                    end = magic_indices[i+1] if i+1 < len(magic_indices) else len(data)
                    packet = data[start:end]
                    parsed = decode_packet(packet)
                    packets.append(parsed)
                for i, pkt in enumerate(packets):
                    print(f"\nPacket {i+1}:")
                    print(pkt)

    except Exception as e:
        print(f"[ERROR] Failed to read data: {e}")

输出示例 #

Packet 1:
{'header': {'magic0': 258, 'magic1': 772, 'magic2': 1286, 'magic3': 1800, 'version': 50725376, 'packet_len': 128, 'platform': 661571, 'frame_num': 80, 'cpu_cycles': 1159072654, 'num_obj': 0, 'num_tlvs': 3, 'subframe_num': 0}, 'objects': [], 'snr': [], 'noise': [], 'statsinfo': [{'interFrameProcessingTime': 2998, 'transmitOutputTime': 632, 'interFrameProcessingMargin': 24202, 'interChirpProcessingMargin': 0, 'activeFrameCPULoad': 1, 'interFrameCPULoad': 10}]}
   
Packet 2:
{'header': {'magic0': 258, 'magic1': 772, 'magic2': 1286, 'magic3': 1800, 'version': 50725376, 'packet_len': 160, 'platform': 661571, 'frame_num': 81, 'cpu_cycles': 1164801812, 'num_obj': 1, 'num_tlvs': 4, 'subframe_num': 0}, 'objects': [{'x': 1.038146734237671, 'y': 1.6446927785873413, 'z': -0.18966545164585114, 'v': 1.7290256023406982}], 'snr': [136], 'noise': [471], 'statsinfo': [{'interFrameProcessingTime': 3069, 'transmitOutputTime': 523, 'interFrameProcessingMargin': 24416, 'interChirpProcessingMargin': 0, 'activeFrameCPULoad': 1, 'interFrameCPULoad': 9}]}

问题分析与解决建议 #

核心问题点 #

当前代码采用ser.read(ser.in_waiting)一次性读取串口缓冲区所有数据，再通过魔术字分割数据包。这种方式本身不会丢失数据，但会导致多个数据包被批量读取，造成“帧率减半”的错觉——本质是读取频率跟不上雷达发送频率，导致缓冲区堆积，而非雷达实际发送帧率下降。

排查方向与修复方案 #

1. 改为按协议读取完整数据包
   放弃读取缓冲区所有数据的方式，根据IWR1843的UART协议，先读取固定长度的头部，解析出packet_len字段，再读取对应长度的剩余数据，确保每次只读取一个完整数据包。示例代码如下：

   import serial
   import time
   
   def read_data_from_sensor(port, baudrate):
       try:
           with serial.Serial(port, baudrate, timeout=0.1) as ser:
               # 增大接收缓冲区，避免数据堆积
               ser.set_buffer_size(rx_size=20480)
               print(f"[INFO] Listening to {port}...")
               while True:
                   # 读取头部（IWR1843头部固定为48字节，以魔术字开头）
                   header = ser.read(48)
                   if len(header) != 48:
                       continue
                   # 解析packet_len（偏移量需对照实际协议，此处为示例）
                   packet_len = int.from_bytes(header[12:16], byteorder='little')
                   # 读取剩余数据包内容
                   payload = ser.read(packet_len - 48)
                   full_packet = header + payload
                   # 解析并输出
                   parsed = decode_packet(full_packet)
                   print(f"\nReceived at {time.time()*1000:.2f}ms, Frame Num: {parsed['header']['frame_num']}")
                   print(parsed)
       except Exception as e:
           print(f"[ERROR] Failed to read data: {e}")
   

2. 检查雷达固件配置

   • 确认雷达是否启用了“数据包缓存”功能：部分TI雷达的固件会将多个数据包缓存后批量发送，可通过TI官方工具调整UART输出模式为实时发送。
   • 验证波特率匹配：确保串口波特率与雷达配置完全一致，过低的波特率会导致数据传输速度不足，触发缓冲区堆积。

3. 优化读取循环的时间控制
   在循环中加入微小延迟（如time.sleep(0.001)），避免CPU空转导致的频繁读取，让串口缓冲区有足够时间接收完整数据包。

4. 验证实际发送帧率
   通过解析数据包中的frame_num和cpu_cycles字段，计算雷达实际的发送间隔：

   prev_cycles = 0
   # 在解析后加入
   current_cycles = parsed['header']['cpu_cycles']
   if prev_cycles != 0:
       cycle_diff = current_cycles - prev_cycles
       # IWR1843的CPU时钟为400MHz，计算时间差（ms）
       time_diff = (cycle_diff / 400000000) * 1000
       print(f"Frame interval: {time_diff:.2f}ms")
   prev_cycles = current_cycles
   

   若计算出的间隔接近29ms，说明雷达是按35fps发送的，问题出在接收端读取逻辑；若间隔接近60ms，则是雷达端的缓存配置问题。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者radastro