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通信层

Quatm 分布式通信与数据管理系统 — 基于 ZeroMQ 的进程间通信框架

概述

通信层是 Quatm 框架的通信骨干。所有进程间通信（设备驱动、分析脚本、GUI 面板之间的数据交互）都通过 ZeroMQ 的 发布/订阅（PUB/SUB） 模式进行，命令与控制则通过 RPC 实现。这确保了：

故障隔离：某个相机驱动崩溃不会导致整个实验中断
并行处理：图像处理与实验时序可同时运行
网络透明：各组件可以运行在不同的机器上

实验脚本
     │
     ▼
[with realtime():]  ──→  FPGA  ──→  DAC/TTL 输出
     │
     ▼
分析脚本  ◄──  图像/数据流 (ZMQ PUB/SUB)
     │
     ▼
结果发布  ──→  DataManager  ──→  HDF5 存储

客户端类型

quatm.servers 提供了四种标准客户端，用于处理不同类型的进程间通信：

客户端	用途	适用场景
`CommandClient`	控制驱动和进程	向设备发送指令、启停驱动
`DataClient`	传输小数据	1D 曲线、标量值、元数据
`ImageClient`	传输大数据块	相机图像（2D 数组）
`MessageClient`	日志消息传递	错误、警告、信息、调试消息

基础客户端 — `GenericClient`

所有客户端的基类，封装了 ZMQ 连接和数据收发逻辑。

from quatm.servers.clients import GenericClient

client = GenericClient("my_channel")
client.subscribe("data_stream_name")
# 发送数据
client.send({"temperature": 25.0, "timestamp": 12345})
# 接收数据
if client.has_new_data():
    data = client.recv()

方法	说明
`subscribe(name)`	订阅指定的数据流
`unsubscribe(name)`	取消订阅
`send(data)`	发送数据
`recv()`	接收数据
`has_new_data()`	检查是否有新数据到达

数据客户端 — `DataClient`

专为小数据集设计的客户端，数据以 JSON 格式序列化，支持 NumPy 数组附件。

from quatm.servers.clients import DataClient

data_client = DataClient("analysis_result")
data_client.send({
    "fit_params": {"A0": 1.5, "sigma": 0.3, "pos": 10.2},
    "fit_curve": numpy_array
})

图像客户端 — `ImageClient`

优化用于传输相机图像等大型 2D 数据块。

from quatm.servers.clients import ImageClient

img_client = ImageClient("camera_output")
img_client.send(image_array)  # 发送 NumPy 图像数组

命令客户端 — `CommandClient`

用于向驱动程序发送控制命令，使用独立通道以确保命令不被数据流阻塞。

消息客户端 — `MessageClient`

标准化的消息传递接口，所有消息带有时间戳和来源信息。

from quatm.servers import send_error, send_warning, send_info, send_debug

send_info("实验开始执行")
send_warning("激光功率偏低，请检查")
send_error("相机连接失败")

分布式属性系统

Quatm 通过分布式属性树管理所有运行时配置参数，支持跨进程实时同步。

配置层级

层级	说明	示例
Configuration	深层、基础系统属性	运行哪些硬件、可用驱动列表
Properties	对象特定参数	ROI 位置、校准值、拟合参数
Preferences	不影响数据的次要选择	鼠标指针形状、窗口位置

PropertyAttribute

将分布式属性映射为 Python 属性，读写操作自动同步到属性树。

from quatm.servers.properties import PropertyAttribute, Properties

class MyComponent:
    # 声明分布式属性，默认值为 42.0
    _my_param = PropertyAttribute('/MyComponent/param', 42.0)

    def __init__(self):
        self._props = Properties('MyComponent')

    def do_something(self):
        # 读取属性值
        x = self._my_param.value
        # 写入属性值，自动同步到分布式树
        self._my_param.value = 99.0

Properties

管理组件内部属性的同步副本，通过后台守护线程使用 ZMQ PUB/SUB 连接到中央属性中心。

from quatm.servers.properties import Properties

props = Properties('MyProcess')
props.set('/path/to/property', value)
current_value = props.get('/path/to/property')

配置读取器

读取静态配置文件 configuration/configfile.json，提供系统级别的运行时配置。

from quatm.servers.configreader import ConfigReader

reader = ConfigReader()
config = reader.getConfiguration()

常用路径常量

quatm.servers 导出以下路径常量，方便定位工作目录：

常量	说明
`workpath`	工作根目录
`driverpath`	驱动文件目录
`iconpath`	图标资源目录
`datapath`	数据存储目录
`experiment_path`	实验脚本目录
`configpath`	配置文件目录

通信层

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