前段時間，需要比較樹莓派MCU發熱情況，因為沒有找到合適工具，故使用python在畫一個曲線圖，完成圖如下：

這個圖完全由樹莓派的Raspbian操作系統自帶的python完成，現在我和大家一步步來介紹這個代碼如何完成吧。

一、準備工作

1、文本編輯器

文本編輯可以用Raspbian自帶的nano，其操作和windows的記事本基本類似，鍵盤用于代碼的輸入，快捷鍵ctrl+s保存，ctrl+x退出。

2、python環境

Raspbian的2019-09-26版本上分別裝有Python2.7.16和Python3.7.3，考慮到Python2已經EOL，所以我們選擇Python3作為代碼執行的工具，python代碼不需要編譯，可以直接使用命令行“python3 源文件名”執行。

3、MCU負載增加

可以自由選取你希望增加負載的軟件，這里我選擇的是stress-ng，是一個用來拷機的專業工具，執行過程中會讓MCU利用率達到100%。

二、預備知識

1、pillow庫

PIL（Python Image Library）是python的第三方圖像處理庫，支持圖像的歸檔（Archives）、展示（Display）和處理（Processing）功能。其應用非常廣泛，在Raspbian自帶的Python3中已經安裝和配置好了，我們可以直接使用。

2、正則表達式

正則表達式（Regular Expression）可以用于通過匹配字符串的方式來提取文本中符合規則的某個字段，在本文中用到的匹配規則有：
\d匹配數字
例如：

re.search("\d+\.\d",c2).group()

就是將字符串c2中第一個浮點數取出來，且只保留一位小數。

3、Linux下查看MCU當前頻率、溫度和利用率的命令

sudo cat /sys/devices/system/cpu/cpu0/cpufreq/cpuinfo_cur_freqcat /sys/class/thermal/thermal_zone0/temptop

命令執行效果如下圖所示

在圖中，顯示出的頻率600000是MCU降頻為600MHz，如果工作時應該會自動升為1.5GHz；溫度36476是實際值的1000倍，因此可以認為大概是36.5攝氏度；而top命令執行后得到的數據較多，而且會隨時間不斷發生變化，還需要重新處理，在不少資料中都建議使用命令

top -n1 | awk "/Cpu/{print \$2}

直接獲取cpu利用率，但根據實際測試的情況看來，由于執行過程中會出現異常數據污染，其效果并不好。我們使用命令

top -n1 |grep %Cpu\(s\)

得到MCU利用率這一整行的數據后再通過正則表達式處理數據。

三、畫圖

在Python3中調用pillow庫需要先導入：

import PIL

或者我們僅導入需要使用的庫中命令：

from PIL import Image,ImageDraw

上述兩種方法在Python中都可以使用，需要注意大小寫的區別。
調用pillow庫是用來畫圖的，因此我們新建一張大小為555*220的圖片img，并且在圖片上建立一個“畫圖板”draw，對圖片的各項操作都在“畫圖板”上實現。

img = Image.new("RGB",(555,220),(0,0,0))draw = ImageDraw.Draw(img)

這時，這個圖片僅僅在系統內存中存在，我們在“畫圖板”上寫寫畫畫之后，再保存到文件中。

img.save("test.png")

畫出坐標系

for i in range(30,90,10):draw.text((24, 275-i*3), str(i),(225,225,225)) draw.line((40,280-i*3,490,280-i*3),(120,120,120))for i in range(1,5):draw.text((i*30+38,195), str(i*2),(225,225,225)) for i in range(5,16):draw.text((i*30+35,195), str(i*2),(225,225,225)) for i in range(1,16):draw.line((i*30+40,40,i*30+40,190),(120,120,120))draw.line((40,20,40,190),(225,225,225))draw.line((40,190,510,190),(225,225,225))draw.text((503,190), "t(min)",(225,225,225)) draw.text((12,12), "T( C)",(225,225,225))draw.text((24,7), ".",(225,225,225))draw.line((490,20,490,190),(225,225,225))for i in range (5):draw.text((493,35+i*30), "%d%%"%(100-i*20),(225,225,225))draw.text((493,18), "CPU Usage",(225,225,225))

需要注意的是，在“畫圖板”中，左上角的位置是（0，0），右下角的位置是（555，220），而我們通常習慣的坐標系是向右和向上延伸的有所不同。考慮到樹莓派MCU可能具有的溫度范圍，我們選擇從30~80℃，cpu利用率為0~100%，分別在縱軸標準，橫軸為時間線，我們考慮測試時間為半小時，即30分鐘。
在python循環中可以通過in命令實現循環，循環體通過縮進決定的，因此文本格式非常重要。
接下來我們根據時間獲取數據并開始正式畫曲線圖。
使用代碼：

MaxTemp=a1=(int(os.popen('cat /sys/class/thermal/thermal_zone0/temp').read()))/1000c1=os.popen('top -n1 |grep %Cpu\(s\)').read()m1=re.search(pattern,c1).group()

其中a1是溫度值，m1是MCU利用率。調用系統命令的方法是

os.popen('命令行').read()

使用前同樣需要導入os庫

import os

由于認為樹莓派上MCU的溫度和MCU是否有使用和其利用率是密切相關的，因此我們在同一坐標系內分別畫出這兩根曲線。另外，我們主要關注的是MCU溫度的高低，因此在顏色上可以用漸變的彩色表示，而MCU的利用率高或者低我們僅作為參考，使用青色和藍色表示（樹莓派運行的時候有時候會自動降頻，我們使用藍色表示全速主頻，青色表示主頻降低為600MHz的）。我們不斷獲取上述數值，并根據其值來畫曲線，例如：

for i in range(900):a2=(int(os.popen('cat /sys/class/thermal/thermal_zone0/temp').read()))/1000a=int((a1+a2-75)*4)draw.line((i*0.5+40,280-a1*3,i*0.5+40.5,280-a2*3),(a,255-a,0))a1=a2

其中，a是用來表示溫度的顏色參量，a值越大，越偏紅色，反之則偏近綠色。同時規范a值門限，高于255就讓a=255，低于0就讓a=0。
同時，我們還希望畫圖循環過程中，不斷有提示告訴我們程序執行的進度，因此在命令中給出打印：

for i in range(900):if i%15==0:print("Process:[{}->{}]{:.2f}%\r".format('*'*(i//15),'-'*(60-i//15),i*1.0/9))

表示在進度每行進1/60（在這段代碼中是30秒），都會給出進度提示。
之前提到，我們希望在某個時刻增加MCU的負載，因此使用

for i in range(900):if i==59:os.popen('nohup stress-ng -c 4 -t 1200 >> tmp.log 2>&1 &')

其中nohup表示讓stress-ng在后臺運行，-t 1200是命令stress-ng的參數，表示這個負載運行20分鐘。
循環體中，我們無論是獲取樹莓派MCU溫度還是畫圖都不是一個連續的過程，每執行一次都需要等待一段時間，我們使用：

time.sl<ickey>eep(1.4)

讓循環過程中，每次執行一次后等待1.4秒，與之前相同，使用time庫需提前導入。
編寫完整代碼，執行完成后，會打印出本次測試過程中的最高溫度。

四、關于這個畫圖程序的幾個說明

1、循環等待時間間隔是怎么確定的？

我們希望在2秒實現一次循環（30分鐘共循環900次），我們知道python的效率不太高的，而且執行Linux的命令例如：

top -n1

命令讀取需要較多時間，至于等待1.4秒，是根據多次嘗試實驗出來的，在樹莓派3b上大約等待1.2秒。

2、為什么運行負載的起始點定在i=59？

i=59表示運行到第60個點，也就是120秒之后開始增加負載。

3、在畫圖時候，橫坐標只有450，但我們取樣了900個時間點的數據，合適嗎？

因為在畫圖時，坐標必須是整數，我們之所以取900個測試點，是因為發現讀取硬件數據并不穩定，因此，在2秒取一個點，相對精度較高，畫圖后顯示會比較吻合實際。至于取點數量為坐標寬度值的兩倍，畫圖時將在同一個時間坐標畫出兩個點，這并不影響實際畫圖效果。

4、

print("Process:[{}->{}]{:.2f}%\r".format('*'*(i//15),'-'*(60-i//15),i*1.0/9))

中雙斜線表示什么意思？為什么需要i*1.0/9，而不是直接用i/9？

雙斜線“//”表示整除，在這里，因為i已經是15的倍數了，所以可以認為i//15=i/15。
使用i1.0/9是希望將這個數字使用浮點形式表示出來，可以用i1.0，將整形數i變成浮點數。如果直接使用i/9，那么當i=15時，打印出來的不會是1.67，而直接是1.00了，當然也可以用i/9.0實現采用浮點數表示結果。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的做一个基于python的树莓派MCU性能-温度监控仪表盘的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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