labview生产者消费者

生产者/消费者模式⑴_前言statemice的LabVIEW程序设计模式(五)一生产者/消费者模式(1)刖言再次回顾“基本状态机模式”的6个缺点，只剩下第6个缺点无法在上述的“状态机和事件结构的结合模式”中被解决。任何时刻只能有一个状态在运行这个问题也许有些多余，但是在实际的应用中彳主彳主又是最常见的。大多数比较复杂的应用至少应该有“菜单”和“采集”两个状态，如果数据采集程序在运行时仍然希望系统能够处理菜单的事件，这是在传统的状态机或者事件结构中无法实现的。因为无论是状态机结构还是事件结构，都是由一个循环组成的，不同的状态是无法同时被响应和处理的。解决这个问题的方式也比较简单，LabVIEW本身就是一种多线程的程序设计语言，可以再加一个循环或者另外开一个程序独立运行。但是这样也会带来一些新的问题，比如：两个循环(程序)之间如何交换和共享数据。两个循环(程序)都有着独立的错误处理系统，它们之间是如何协调的。两个循环如何分工呢？应该以哪种方式对状态进行分类以将不同的状态放置在不同的循环(程序)中？一个程序如何控制另一个程序的运行和停止。

在上面提出的4个问题中，对循环和程序这两个解决方案而言，第(1)~(3)个问题的解决方式是一样的。只有第4)个问题是专门针对两个程序而言的，在LabVIEW中这种不同程序之间的相互调用称为“程序的动态调用”。生产者/消费者模式⑵_VI的可重入性(ReentrantExecution)statemice的LabVIEW程序设计模式(五)一生产者/消费者模式VI的可重入性(ReentrantExecution)在介绍VI的动态调用之前有必要对LabVIEW在执行VI过程中的规则有个大致的了解。众所周知，LabVIEW是通过VI的文件名卬【Name)来表示独立的VI的，并不是VI的路径。因此，LabVIEW不允许具有相同名字的VI同时载入内存中，即使这些VI存储在不同的路径中。在前面曾经提到，LabVIEW本身就是一种多线程设计的语言。那么当同一背面板中放置两个VI的实例时代码应该如何执行呢？在图29中，右侧是测试VI运行的时间，左侧是Wait.vi的具体实现代码，仅仅是等待一定的秒数。那么在右侧的VI中，输出的Time是多少呢？是3秒还是2秒？

图29ReentrantExecution打开VI的Highlight调试工具，可以看出两个Wait.vi实例的调用并不是同时执行的，而是依次按顺序执行的，至于哪一个实例先执行是不确定的。这是由于LabVIEW本身是并行设计的，从理论上而言，两个VI的实例是同步执行的，但是如果两个Wait.vi实例同时执行必定会产生参数赋值紊乱，因为LabVIEW只允许内存中存在一个名称的VI。因此，此时Time的输出结果是3秒。如果在实际使用中需要这样的应用该如何解决呢？LabVIEW提供了VI的可重入技术，打开Wait.vi，单击＜Ctrl+I＞按键，选择图30所示的Reentrantexecution选项。此时再次运行Time的输出结果是2秒。从Highlight的运行过程来看，两个Wait.vi实例是同时执行的，因此总的运行时间就是1秒。

图30VIProperties事实上，LabVIEW的可重入技术相当于在原有VI的基础上产生了一个相同的副本，打开Wait.vi从标题栏可以看出VI的名称为Wait.vi:1(clone)。同理这是由于LabVIEW中不允许内存中的VI存在同名，VI的可重入技术相当于产生了与原VI具有同样功能的新VI并且修改了该VI的命名。在实际应用中，需要根据情况决定是否设置VI的可重入属性，灵活使用。并不是需要将所有的VI都设置为可重入，那将占据大量的内存资源。生产者/消费者模式⑶_LabVIEW程序的动态调用statemice的LabVIEW程序设计模式(五)一生产者/消费者模式LabVIEW程序的动态调用简单而言，动态调用指的是通过程序控制另外一个程序的运行、停止、赋值和获取值等。LabVIEW提供了多种动态调用的方式，从底层而言是通过VIServer技术实现的。图31所示为LabVIEW中的ApplicationControl选板，动态调用所使用的节点都位于这个选板。当调用一个在硬盘、内存甚至是网

络路径上的vi时，首先要使用OpenVIReference以将该VI载入内存并获取VI的“句柄(Reference)”；然后再使用该句柄进行其它的控制操作；最后再关闭该VI的句柄避免内存泄漏，这就完成了一次对VI的调用。图31ApplicationControl选板图32是一个动态调用的具体实现代码，首先使用OpenVIReference获取被动态调用VI的Reference(例子中是C:\average.vi)；再使用CallByReferenceNode节电动态运行该VI；最后关闭VI的Reference。在使用CallByReferenceNode时需要事先指定被调用VI的输入输出接口，也就是说这种动态调用的前提是必须知道被调用VI的输入输出接口，否则无法进行动态调用。

图32VI的动态调用OpenVIReference的路径输入是一个多态的输入口，也可以使用String输入，如图33所示。此时被调用的VI必须在内存中，且输入的是被调用VI的文件名。值得一提的是这种“文件名”调用方式在可执行程序中是无法被调用的，因此建议最好采用路径的调用方式。Qp£nVIFleierence图33OpenVIReference的多态性【应用5】本例将使用LabVIEW的动态调用方式实现斐波那契数列(Fibonacci数列)。斐波那契数列指的是这样一个数列：1，1，2，3,5,8,13,21……这个数列从第三项开始，每一项都等于前两项之和。在数学上表述为:f(n)=f(n-1)+f(n-2)，其中n>=3,f(1)=f(2)二1。显然这是一个比较熟悉的递归调用，但是在LabVIEW中似乎很难实现。由于LabVIEW不允许同名的VI同时在内存中，因此一个VI是无法VI调用本身的。但是，通过VI的可重入技术和动态调用技术却可以实现VI的递归调用。图34所示为Fibonacci数列在LabVIEW中递归的实现方式°case结构有两个分支，当n<=2时直接输出f(n)=1；当n>=3时，输出f(n)=f(n-1)+f(n-2)。此时需要把VI设置为可重入状态。

图34Fibonacci数列同理我们也可以使用这种递归的方式实现f(n)=n!的算法，从数学上可以写作f(n)二n*f(n-1)，其中n>=1，f(0)二1。具体的实例将不再详述。此外，递归算法的效率比较低，在实际应用中应谨慎使用。打开Highlight工具，在CallByReferenceNode运行时，程序是处于等待状态的，只有被调用的VI运彳丁完毕，主程序才会继续执行。这似乎无法解决在本节开头提到的问题，那么是否存在一种动态调用方式使被调用的VI与主VI之间分别独立运行呢？答案是肯定的。VI本身是有很多的属性和方法的，如图35所示。使用这些方法就可以动态控制VI的运行、停止和赋值，各个属性节点和方法的具体含义见LabVIEW的帮助文档。使用这种方式动态调用VI时，并不需要知道VI的输入输出接口。图35VIMethod

图36是该使用“属性节点和方法”实现动态调用的一个实例。在大多数应用程序启动时会显示一个启动画面用来显示版权、开发单位、软件版本等信息，等待2秒之后关闭启动界面并启动应用程序主界面。图中使用了动态调用的方式启动主程序fein.vi）并使主程序独立运行，首先运行程序后设置2秒钟的延时；其次，将启动画面的界面设置为“隐藏”（并没有退出内存，只是隐藏了前面板），并且使用OpenVIReference获取VI的句柄；然后使用FP.Open属性打开主程序的前面板（只是打开了前面板并没有运行）；使用RunVI方法运行主程序，将WaitUntilDone设置为false，这样就可以保证被调用VI的独立运行；最后，关闭当前VI的前面板。图36VI的动态调用图36VI的动态调用通过Highlight工具看出该VI的运行是独立的，并没有等待Main.vi运行结束才继续执行。Main.vi运行结束才继续执行。生产者/消费者模式（4）_生产者/消费者循环statemice的LabVIEW程序设计模式（五）一生产者/消费者模式（4）生产者/消费者循环本节将使用“多循环”来解决程序并行运行的问题，那么程序中的两个循环如何进行数据交互和共享呢？最普通的方式是采用全局变量或局域变量，但是当两个循环执行的速率不相等时，必然会造成数据的丢失或重复。如前所述，LabVIEW提供了队列操作函数，允许数据的发送者和接受者之间建立一条缓冲通道，这样就避免了循环不同步带来的影响。如图37所示，将整个过程与供水系统进行类比，在数据产生采集端（供水局）产生数据后，并不直接向终端用户供水，因为前者产生水的速率与后者消耗水的速率并不相同。此时需要建造蓄水池将供水局产生的水放入到蓄水池中，同理获取的数据也放入该缓冲区中。当终端用户需要用水时，直接从蓄水池中获取就可以了，同理在进行数据显示和分析时直接从数据缓冲区中获取就可以了。图37生产者/消费者模型当然，上面的模型也会存在一个问题：数据缓冲区蓄水池的容量？假定供水局不停地产生自来水，而终端用户却不消耗水，这样便会导致蓄水池装满而溢出。反之当终端用户耗水量太大时，导致没有水可用。LabVIEW中的队列函数提供了一种很好的方式规避了这个问题，由于队列中的元素是“先进先出”的，因此确保了接收到的数据

是有序的。在LabVIEW的队列操作中（入列和出列函数），提供了timeout选项以处理数据缓冲区的溢出或不足。当数据溢出时，入列函数（数据进入队列）将停止发送数据（处于等待状态），直到缓冲区存在数据空间或者达到了timeout设置的时间；而当数据不足时，出列函数（数据流出队列）将停止接收数据（处于等到状态），直到缓冲区进入了新的数据或者达到了timeout设置的时间。【应用6】本例将演示生产者/消费者循环的一些基本特性和队列操作的特点。如图38所示，生产者与消费者之间传递的数据是一个连续的sine波形，二者靠大小为20个点的缓冲区连接。右下角是“停止”按钮，用户控制程序的停止执行。例程提供了操作方式控件控制生产者和消费者的数据传递速率，包含五种状态：不生产，只消费生成快于消费、生成速率等于消费速率、生成慢于消费、只生产，不消费。偷阔♦III快，伊匚率w 偷阔♦III快，伊匚率w 占虹予皿也坷尚*Ep图38生产者/消费者例程的前面板强作有武生声原芷等于治画瓯至触爆#世30- ■图39所示为生产者/消费者例程的背面板，代码由3个循环组成，依上而下分别是生产者循环（产生sine数据）、消费者循环（获取sine数据）和状态循环（获得缓存区中数据的数据量）。例程假定正常的数据发送和接收的速率是延时50ms，当需要某一段的速率减慢时需要将循环的延时设置为100ms。例程将入列和出列函数的timeout设置为-1，表示如果没有满足条件进行入列和出列操作，循环将处于持续等待状态。在新建队列时，设置了缓冲区的大小是20个元素（图中的红色圆圈内）。最下面的循环是为了实时查看队列缓冲区中存储的元素数量。图39生产者/消费者例程的背面板运行该VI，默认的操作方式是“生产速率等于消费速率”，从图40中可以看出生产者循环和消费者循环的数据是同步的，此时缓冲区内没有数据，也就是说产生的数据都被实时地消耗了。

图40生产速率等于消费速率如果再将操作方式设置为“生成快于消费”，可以看出数据缓冲区内将逐渐变满并保持为20个元素。此时生产者的波形将会比消费者多20个数据点（这些点保存在数据缓冲区中），如图41所示。图41生产速率高于消费速率

当将操作方式变为“不生产，只消费”时，生产者循环将停止生产，而消费者循环将组件消耗掉缓冲区中的数据直至数据全部消耗完（此时接收到的波形与发送的波形点一致），如图42所示。图42不生产，只消费再将操作方式变为“只生产，不消费”，消费者循环将停止消费，而生产者循环将产生数据直至数据缓冲区填满，如图43所示。图43只生产，不消费

从运行过程来看，借助于timeout的设置，消费者接收的数据始终与生产者发送的数据是一致的，避免点数据点溢出的问题。当然，在实际使用中需要避免由于timeout设置为-1而导致的无限等待和死循环。生产者/消费者模式（5）_生产者/消费者模式扩展引用statemice的LabVIEW程序设计模式（五）一生产者/消费者模式⑸—生产者/消费者模式扩展结合状态机模式、事件结构和动态调用技术，能够归纳出针对较复杂应用程序的通用设计模式。对常见的测试测量程序而言，主要由数据采集、数据分析、外围菜单项响应、报表生成、数据显示这五个部分组成。其中数据采集是相对独立和长时间运行的一个模块，可以与其它的模块同时运行。因此，在大多数持续采集的程序设计中需要将它单独作为一个模块运行。与此同时，子程序也需要一条数据通道发送一些反馈命令给主程序。于是可以构成如图44所示的一个通讯回路。

主程序 4子程序图44通讯回路LabVIEW提供了多种主程序与子程序之间的通讯方式，如队列、Reference.事件等。为了介绍这些方式的具体使用方法，将结合最常用的数据采集实例进行阐述。【应用7】本例以“计算机组件测试”为应用介绍消费者和生产者循环的具体使用方法和数据交互过程。例子并不是为了说明计算机组件测试的过程和方法，而是重在强调对该应用而言应该采用什么样的程序设计模式。因此，例子中使用了多种数据交互方式，这些交互方式的选择并不是唯一的，可以根据实际情况选择合适的数据交互方法。假设计算机的整个测试过程由CPU、RAM、CDROM、Power・・・.等等数项子测试项组成，程序需要充分考虑可扩展性要求，使得后期增加新的待测组件时对主程序的影响不大或者没有影响。测试过程应能够实现暂停和提前停止的功能，并且测试过程不受其它界面操作的影响。根据以上的测试要求，可以把整个测试程序分为两个部分：控制部分和执行部分。其中前者是用户主界面，用来响应用户界面事件以及控制测试流程的执行；后者是执行程序，用来根据控制命令运行测试流程并且产生测试结果。系统的结构如图45所示。

执行部分队列消息响应控制部分图45“计算机组件测试系统”结构队列消息响应控制部分图45从上图可以看出，该应用与消费者和生产者模式是相符的，不同的是还涉及到消费者（执行部分）向生产者（控制部分）的数据传输。本例使用的是队列型的生产者和消费者模式，而反向的数据传输使用了“用户自定义事件”和“Reference”方法。当然，也可以使用队列等其它的方式。程序的主界面如图46所示，包括菜单栏，测试控制按钮和测试项列表3大部分。背面板如图47所示，生产者部分采用状态机和事件结构相结合的设计模式，共包含5大类的状态。®PCT&st图46PCTest前面板图47PCTest背面板在PInitialize状态中，主要实现前面板控件的初始化以及调用待测组件，如图48所示。为了满足测试系统的可扩展性要求，将目前的测试组件统一集中放置到Testitems目录中。如果后续需要增加测试组件项，只需要编写相应的测试组件代码并且放置到Testitems目录中即可。

；|l.'iTKtllEII15ri寸UjnSyrp；|l.'iTKtllEII15ri寸UjnSyrp■t,r----■■—-dni nhi*&sib!ed图48PInitialize状态在DInitialize、Run、Pause和Stop状态中都使用到了PCTest_Execute_Controller.v讶呈序，该VI用来启动和控制消费者循环，如图49所示。图中使用了新建队列函数，并且将该队列和主程序有关控件的Reference通过VIServer方法传递给了消费者循环。frrcrlnprEi图49PCTest_Exec