Как я могу осуществлять двунаправленную связь через USB с контрольной суммой для Raspberry Pi 5 и Raspberry Pi Pico (последовательный порт, UART, другое?)

У меня есть два предложения:

• передавать данные быстрее, увеличивая скорость передачи данных или
• передавать меньше данных за счет более эффективной упаковки

Давайте рассмотрим каждую идею в отдельном разделе. Вы можете использовать одну или обе идеи, первая из которых проще.

Ваша скорость передачи данных в 9600 бит/с довольно медленная, и большинство современных устройств могут справиться с гораздо большим. Когда вы конвертируете биты в байты, это составляет всего 1200 байт/с. Учитывая, что вы потеряете пару бит для контроля четности и остановки/запуска для каждого байта, вы получите только около 1000 байт/с.

Я бы посоветовал вам попробовать:

s = serial.Serial(port = "/dev/ttyACM0", baudrate=115200 ...

В противном случае перейдите на уровень 96000, 57600 и т. д.

Во-вторых, ваша упаковка неэффективна. Когда вы конвертируете список в JSON и добавляете шестнадцатеричный дайджест, он занимает около 130 байт. Вы можете передавать это только 7 раз в секунду со скоростью 1000 байт/с. Я бы предложил гораздо более компактную рамку, а именно:

ff ff <16 off 2-byte shorts> CRC

где ff ff — это заголовок, за которым следуют 16 значений в виде 2-байтовых беззнаковых шорт и 8-битной CRC. Это делает кадр размером 35 байт, или примерно на 75% меньше, чем у вас сейчас.

Вот код для упаковки списка значений во фрейм и распаковки фрейма в список значений с проверкой:

#!/usr/bin/env python3

import sys
import crc8
import struct
import random
import binascii


def Pack(values):
   """Packs the list of values into a packet with checksum"""

   # The 32 byte payload of 16 values
   payload = struct.pack('!16H',*values)

   # Calculate CRC over payload
   CRC = crc8.crc8()
   CRC.update(payload)

   # Assemble header + payload + CRC into a packet
   packet = b'\xff\xff' + payload + CRC.digest()
   return packet

def Unpack(packet):
   """Unpacks a packet and returns a list of values or empty list if CRC incorrect or other error"""

   # Extract components of packet
   hdr = packet[:2]
   payload = packet[2:34]
   packetCRC = packet[-1]

   # Check length of packet is correct
   if len(packet) != 35:
      print(f'ERROR: Packet length incorrect, received {len(packet)} bytes, expected 35', file=sys.stderr)
      return []

   # Check header is as expected
   if hdr != b'\xff\xff':
      print(f'ERROR: Packet header incorrect, received {hdr}, expected <ff> <ff>', file=sys.stderr)
      return []

   # Check CRC
   CRC = crc8.crc8()
   CRC.update(payload)
   if packetCRC != int.from_bytes(CRC.digest()):
      print(f'ERROR: Packet CRC incorrect', file=sys.stderr)
      return []

   # Everything ok, unpack and return list of 16 values
   values = struct.unpack('!16H',payload)
   return values

if __name__ == "__main__":
   # Generate list of random values
   values = [ random.randint(0,65535) for i in range(16)]
   print('Initial list: ', *values)

   # Assemble values into a packet 
   packet = Pack(values)

   print("<<<UNPACK>>>\n\n")
   # Unpack values from packet
   result = Unpack(packet)
   print('Unpacked list: ', *values)

Ваш код необходимо будет изменить так, чтобы вы читали/записывали ровно 35 байт, а не искали символы новой строки и строки JSON.

Я поместил туда заголовок, чтобы вы могли повторно синхронизировать его, если возникнут какие-либо ошибки. По сути, если вы позвоните Unpack() и получите пустой список, вы потеряли синхронизацию. В этом случае вам нужно читать до тех пор, пока вы не получите ff дважды подряд, а затем прочитать следующие 33 байта (полезная нагрузка плюс CRC) и передать их (плюс заголовок ff ff) в Unpack() для повторной синхронизации.

Обратите внимание, что значения ваших данных могут быть представлены в 12 битах, а не в 16. Таким образом, вместо того, чтобы упаковывать каждую выборку в 16 бит по 2 байта/значение, вы можете упаковать 2 выборки в 24 бита по 1,5 байта/значение. Однако в настоящее время, похоже, не стоит затрачивать усилия на такое смещение битов.