LabVIEW數據流控制方法研究

　　LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)是虛擬儀器概念的首創(chuàng )者，是世界上最優(yōu)秀的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺。它使用圖形化數據流編程語(yǔ)言，這種新興的編程方式給編程人員帶來(lái)了新的困難，主要體現于對數據流的控制上。

　　本文剖析了LabVIEW數據流語(yǔ)言的特點(diǎn)，提供了其若干有效控制方法，指出LabVIEW本身即可解決數據流控制上的變量沖突、響應時(shí)序控制、初始狀態(tài)自適應調整等問(wèn)題并保證其通用性，而不必求助于其它代碼語(yǔ)言(如C語(yǔ)言)，這樣，既減輕了程序的復雜性，提高了效率，還豐富了LabVIEW的應用。文中以單選功能按鈕設計實(shí)例詳述了變量沖突、響應時(shí)序控制、初始狀態(tài)自適應調整等問(wèn)題的具體解決方案，在某型裝備測試系統的實(shí)際運行中驗證了該方法可行有效。

　　1 數據流編程的特點(diǎn)

　　數據流語(yǔ)言的每個(gè)節點(diǎn)在執行之前需要提供其所有輸入端口的有效數據，LabVIEW允許用戶(hù)在一個(gè)圖表上擁有任意數量的不同節點(diǎn)，所有的節點(diǎn)可以并行執行。LabVIEW環(huán)境還支持多個(gè)VI并行執行，而不管操作系統或者計算機的功能如何。這些功能使得用戶(hù)無(wú)須做任何特殊編程工作就可以非常自由地同步執行各種不同的任務(wù)。

　　LabVIEW數據流編程克服了文本語(yǔ)言編程內存管理中的許多困難。在LabVIEW中，不必給變量分配內存，也不必為變量賦值或者從變量取值，只需創(chuàng )建一個(gè)帶有描述數據轉換關(guān)系的內部聯(lián)系的框圖程序。產(chǎn)生數據的函數可以精心地為數據分配內存，當數據不再使用時(shí)，相應的內存被釋放。當向數組或字符串添加新數據時(shí)，管理新數據的足夠內存資源會(huì )自動(dòng)進(jìn)行分配，這種自動(dòng)的內存分配操作是LabVIEW的主要優(yōu)勢之一。

　　2 數據流編程的難點(diǎn)及若干解決方案

　　LabVIEW程序的內存管理是自動(dòng)進(jìn)行的，中間狀態(tài)的捕捉和控制十分困難。例如，實(shí)時(shí)顯示現場(chǎng)采集數據串的最大值問(wèn)題、通過(guò)按鈕手動(dòng)控制現場(chǎng)采集數據串某一時(shí)刻數據作為比較對象的問(wèn)題以及單選功能按鈕的實(shí)現問(wèn)題等等，似簡(jiǎn)實(shí)難。經(jīng)編程實(shí)踐，總結方案如下：

　　(1)結構控制

　　循環(huán)結構，如For循環(huán)和while循環(huán)結構;順序(Sequence)結構，適當使用Sequence結構能提高程序可讀性，讓數據清晰流動(dòng);分支結構(case Structure);事件結構(Event Structure)，允許用戶(hù)在前面板的直接干預或程序不同部分之間的交流影響程序的執行;定時(shí)循環(huán)(Timed Loop)結構，可創(chuàng )建多采樣率(multi-rate)的、對時(shí)間要求嚴格(time-critical)的數據采集應用程序，并定義不同優(yōu)先級的循環(huán)。

　　(2)移位寄存器(Shift Register)控制

　　移位寄存器與While或For循環(huán)結合能夠保存各種狀態(tài)信息，未初始化的移位寄存器則保留著(zhù)以前的內容。

　　(3)變量控制

　　變量在這里指局部變量和全局變量。局部變量用來(lái)在一個(gè)VI程序內部傳遞數據，它不僅可以解決連線(xiàn)的困難，而且可以對同一個(gè)控件多次寫(xiě)入和讀出數據。全局變量則可用于在不同程序之間傳遞數據，全局變量也是用一個(gè)控件的形式存放數據，但是這個(gè)控件獨立于調用它的VI，以一個(gè)特殊的VI作為自己的容器。

　　(4)通告(Notifier)和隊列(Queue)控制

　　通告和隊列的方式有時(shí)可代替變量方式來(lái)傳遞數據。使用通告方式傳遞數據時(shí)，只有寫(xiě)入數據并告知后才能讀取數據。通告以廣播的方式發(fā)布，收到廣播的用戶(hù)都可以去讀數據。隊列方式傳遞數據是最先去讀數據的用戶(hù)讀完數據就將它擦掉，只有一個(gè)接收數據的用戶(hù)。

　　單一使用上述某種方案往往力不從心，綜合靈活運用才能在編程中產(chǎn)生較好的效果。

　　3 實(shí)例分析

　　單選功能按鈕的設計是許多綜合測試系統設計中的一部分。它要求完成的功能是：

　?、?某一個(gè)按鈕按下去時(shí)，其余按鈕全部處于無(wú)效的工作狀態(tài)。

　?、?按下去的按鈕要求能無(wú)誤地啟動(dòng)系統的該項功能。

　　設計中需要解決以下問(wèn)題：

　?、?變量沖突。程序包含按鈕間的相互控制，其控件及局部變量間的沖突問(wèn)題十分突出;

　?、?響應時(shí)序控制。按鈕操作和讀按鈕狀態(tài)的先后次序需進(jìn)行適應控制，否則容易產(chǎn)生空檔(按鈕按下卻不啟動(dòng)系統的功能)和幾個(gè)按鈕同時(shí)被按下等異常情況，導致程序紊亂;

　?、?初始狀態(tài)自適應調整問(wèn)題。

　　用LabVIEW設計流程圖及流程圖示說(shuō)明如下所示：

　　BUTTON ARRAY ：按鈕合在一起的數組;

　　SEARCH 1D ARRAY：比較兩數組的不同，返回不同元素的序號;

　　INDEX ARRAY(INDEX，ELEM)：數組ARRAY， INDEX是序號，ELEM是元素。此函數是找出數組ARRAY中序號為INDEX的元素;

　　NULL：空操作;

　　DIFFERENCES：差異信息;

　　D.B.：Digital buttons數字化按鈕，即用編號表示不同按鈕。

　　總流程為將框圖1所示流程循環(huán)兩次!再進(jìn)行框圖2所示流程，具體步驟詳述如下：

　　針對問(wèn)題⑴，程序遵循“對操作的按鈕不操作”的原則。如框圖1，用SEARCH 1D ARRAY分辨出被操作的按鈕，對其它按鈕置“假”。這樣，按鈕間就可不發(fā)生沖突。

　　框圖1

　　框圖2

針對問(wèn)題⑵，則必須充分考慮程序的數據“流”運行過(guò)程。分述如下：

　?、?每次讀BUTTON布爾值時(shí)，都要考慮外界面是否有對按鈕的操作輸入，這在框圖1、2中都體現得很明顯;

　?、?框圖1要循環(huán)2次很關(guān)鍵?？紤]這樣一種情況：外界面對按鈕的操作在BUTTON ARRAY(1)與BUTTON ARRAY(2)之間，則在循環(huán)的第一次對按鈕的操作沒(méi)有起作用，但它以反饋機制把按鈕信息傳給了始端，由于程序運行的速度遠在人工界面上的手動(dòng)操作速度之上，所以循環(huán)的第二次無(wú)外界輸入，這樣對按鈕的操作在循環(huán)二次后便響應了，沒(méi)有掛空。同理，當外界面對按鈕的操作介于BUTTON ARRAY(2)與框圖2的read BUTTONs之間時(shí)，外界面對按鈕的操作會(huì )在下一循環(huán)(對實(shí)際測試系統肯定是大范圍循環(huán)操作的)產(chǎn)生作用，由于程序運行得很快，操作者看到的是“實(shí)時(shí)”的操作。如果在read BUTTONs之后，那就回到框圖1的始端了。因此，任何時(shí)候按下按鈕，程序皆運行正常。

　　針對問(wèn)題⑶，未初始化的移位寄存器能保留原有的狀態(tài)。在程序運行前，若出現按鈕異?，F象，由于程序默認一個(gè)按鈕按下，異常按鈕會(huì )立即得以糾正。

　　對于數字化按鈕(見(jiàn)流程圖框圖2)的實(shí)現，將按鈕狀態(tài)轉化為0、1，用一個(gè)連加運算根據其和的大小便可知道是否同時(shí)有多按鈕或單按鈕或無(wú)按鈕按下，從而將按鈕信號引出。

　　圖2　部分LabVIEW程序示例

　　4 結束語(yǔ)

　　單選功能按鈕的設計是個(gè)很典型的數據流控制實(shí)例，文中給出的用LabVIEW本身解決變量沖突、響應時(shí)序控制、初始狀態(tài)自適應調整等問(wèn)題的方法，沒(méi)有使用事件驅動(dòng)結構，避免了在測試系統中并行使用事件驅動(dòng)結構產(chǎn)生的沖突。