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我和LabVIEW(PDF版)——一个NI工程师十年的编程经验(1)
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2010-12-19
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一个致力于labview研究数十年的专家,把自己学习labview的方法,技巧和感受从浅入深地一一叙述,调理清晰,逻辑严密。
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当我开始在键盘上敲打出这句话的时候,我已经使用 LabVIEW 7 年了。7 年的时间,就算天赋平平
也可以积攒下一箩筐可供参考的经验了。所以我打算利用今后的闲暇时间写一些这方面的东西,既可以同
大家交流,也是作为自己这七年工作的总结。
还是在上大学的时候,有一次老师让编写一段软件,用来模拟一个控制系统:给它一个激励信号,然
后显示出它的输出信号。那时我就想过,可以把每一个简单的传递函数都做成一个个小方块,使用的时候
可以选择需要的函数模块,用线把它们连起来,这样就可以方便地搭建出各种复杂系统。
后来,我第一次看到别人给我演示的 LabVIEW 编程,就是把一些小方块用线连起来,完成了一段程
序。我当时就感觉到,这和我曾经有过的想法多么相似啊。一种亲切感油然而生,从此我对 LabVIEW 的
喜爱就一直胜过其他的编程语言。
LabVIEW 的第一个版本发布于1986年,是在 Macintosh 机上实现的,后来才移植到了 PC 机上,并且
LabVIEW 从未放弃过对跨平台的支持。这也给 LabVIEW 带来了一些麻烦。最明显的就是 LabVIEW 开发
环境的界面风格。它总是与一般的 Windows 应用程序有些格格不入:面板是深灰色的,按键钮是看起来
别别扭扭的 3D 模样。还有一些可能不太容易发现:比如对于整数的存储,LabVIEW 即便是运行在 x86系
统上,采用的也是高地址位存高位数据(big-ending)。这与我们习惯了的 x86 CPU 使用的格式正相反,这往
往给编写存取二进制文件带来了不多不少的麻烦。
我接触过的最早的 LabVIEW 版本是4.0版,发布包是一个装有十几张三寸软盘的大盒子。安装的时候
要按顺序把软盘一个一个塞到计算机里。尽管当时 LabVIEW 的界面不是很好看,但我还是非常喜欢它。
真方便呐!比如说要画一个开关,用 LabVIEW 一拖就行了。如果要自己动手用 C 语言设计一个好看的开
关,,那得费多少时间啊!我尤其喜欢它通过连线来编程的方式,尽管很多熟悉了文本编程语言的人刚开始
时会对这种图形化编程方式非常不适应。
从 4.0 到现在的 8.2,LabVIEW 的一些技术革新给我留下了非常深的印象。比如说 LabVIEW 5 中实
现了多线程运行; LabVIEW 6 里漂亮的 3D 控件,和对事件响应的支持;LabVIEW 7 中的 Express VI 以及
LabVIEW 8 中的工程库。这些新特性都已成为了现在 LabVIEW 版本中富有特色并不可缺少的一部分了。
我对使用 LabVIEW 编程的认识在这些年里经历了不少转变。刚开始接触 LabVIEW 的时候,第一印
象就是觉得这东西编程序比 C 语言简单多了,
尤其在设计界面时确实方便简易。LabVIEW 是一种真正意
义上的图形化编程语言。与文本编程语言,如 C、Basic 等相比,它在编程过程中有更详细的提示信息,
如函数的功能、参数类型等等,程序员再不需要去记忆这些枯燥的信息了。编写风格良好的图形程序代码
要比文本代码更加清晰直观,便于阅读。
刚开始用 LabVIEW 编程时,我连一本相关的书籍都没读过,差不多完全靠自己摸索。当时,市面上
几乎没有有关 LabVIEW 的中文书籍,而阅读英文资料又感觉得太累。但是,靠自己摸索的方法也有好处,
最明显的就是有成就感:自己琢磨着解决了一个问题,比模仿别人的方法做更令人兴奋。再者,他人的方
案并不一定是最佳的,自己独自思索就不至于被他人的方案局限住思路。
当然,我不会满足于只用 LabVIEW 编写一些简单的程序。我还希望能够用它来编写大型的软件,并
且提高自己的开发效率。这时,自己的编程水平有一个质的提高,不阅读相关的书籍资料就不行了。有些
问题,不读书,自己可能永远都得不到最佳的答案。同样,有些 LabVIEW 的功能,如果不阅读原始资料,
自己也许永远都掌握不了。于是,我把能得到的 LabVIEW 的中高级教程都看了一遍。因为自己有了一定
的基础,我就可以在读书的过程中反思自己以前的编程方法是否合理,高效。我觉得最好的 LabVIEW 教
程还是 NI 自己编写的 LabVIEW 中高级教程。但书本中一般原理讲得多,具体的编程技巧涉及得少,所
以还必须大量阅读别人的代码,才能学习到更多更好的编程方法。
随着时间的流逝,我慢慢地产生了 LabVIEW 应当进一步改善的想法。作为一名忠实的 LabVIEW 语
言的使用者,我衷心地期望着 LabVIEW 在日后也可以成为一种被广为使用的通用编程语言,能够在更广
泛的领域与 C,Java 等争得一席之地。LabVIEW 虽然有它独特的优势,但其不足之处也很明显。我在编
程过程中就曾感觉到它很多的使用不方便之处。下一步,我追求的目标就是能尽自己所能,对 LabVIEW 作
一些改进和完善,使它更适应于通用编程之用。
一. 程序执行顺序
LabVIEW 是数据流驱动的编程语言。程序在执行时按照数据在连线上的流动方向执行。同时,
LabVIEW 是自动多线程的编程语言。如果在程序中有两个并行放置、它们之间没有任何连线的模块,则
LabVIEW 会把它们放置到不同的线程中,并行执行。
图1、2:顺序执行 和 并行执行 的例子
顺序执行(图1):数据会从控制控件流向显示型控件,因此数据流经的顺序为“error in”控件,“SubVI A”,
“SubVI B”,“error out”控件,这也是这个 VI 的执行顺序。
并行执行(图2):“SubVI A”,“SubVI B”没有数据线相互连接,它们会自动被并行执行。所以这个 VI
的执行顺序是“SubVI A”,“SubVI B”同时执行,当它们都执行完成以后,再执行“Merge Errors.vi”。
二. 顺序结构
如果需要让几个没有互相连线的 VI,按照一定的顺序执行,可以使用顺序结构来完成(Sequence
Structure)。
图3:Menu Palette
当程序运行到顺序结构时,会按照一个框架接着一个框架的顺序依次执行。每个框架中的代码全部执
行结束,才会再开始执行下一个框架。把代码放置在不同的框架中就可以保证它们的执行顺序。
LabVIEW 有两种顺序结构,分别是层叠式顺序结构(Stacked Sequence Structure)、平铺式顺序结构(Flat
Sequence Structure)。这两种顺序结构功能完全相同。平铺式顺序结构把所有的框架按照从左到右的顺序展
开在 VI 的框图上;而层叠式顺序结构的每个框架是重叠的,只有一个框架可以直接在 VI 的框图上显示
出来。在层叠式顺序的不同的框架之间如需要传递数据,需要使用顺序结构局部变量(Sequence Local)方
可。
图4:层叠式顺序结构
三. 顺序结构的使用
好的编程风格应尽可能少使用层叠式顺序结构。层叠式顺序结构的优点是及部分代码重迭在一起,可
以减少代码占用的屏幕空间。但它的缺点也是显而易见的:因为每次只能看到程序的部分代码,尤其是当
使用 sequence local 传递数据时,要搞清楚数据是从哪里传来的或传到哪里去就比较麻烦。
图5:转换顺序结构
使用平铺式顺序结构可以大大提高程序的可读性,但一个编写得好的 VI 是可以不使用任何顺序结构
的。由于 LabVIEW 是数据流驱动的编程语言,那么完全可以使用 VI 间连线来保证程序的运行顺序。对
于原本没有可连线的 LabVIEW 自带函数,比如延时函数,也可以为其包装一个 VI,并使用 error in, error
out,这样就可以为使用它的 VI 提供连线,以保证运行顺序。
图6:改进的延时 VI
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