LabVIEW 设计模式与分析

    笔者利用labview做过几个项目，熟悉串口、网口、仪器仪表等硬件开发和Access、Mysql(mariadb)数据库操作，在明确设备协议后可自主快速搭建所需的功能。关于测控方面，搭建起来很也轻松，除非不清楚设备协议。现在拿到一个项目，第一想的是设计模式，毕竟选择好的设计模式可以大大减少工作量，而且后期更改添加也方便有序。现结合自己做的项目，参考天津大学精仪学院陈世利的精讲LabVIEW设计模式来阐述总结LabVIEW 设计模式，分析自己项目设计的不足，简化开发过程。

    本文列举几个笔者用过通用型设计模式，以及有必要说明一下的小众专用设计模式，因为有时候这种设计模式可以让你节省很多代码，逻辑更加清楚。

1、数据流模式Dataflow Model

     最简单常见的设计模式，依据数据依赖关系从左向右流动，简单点说就是程序从左到右执行。笔者第一次做的项目程序就是数据流模式，对于初学者来说，简单方便。目的是读写485串口实现多台威尔逊发电机采集集中监控，协议是Modbus。当时是利用数组存储命令，然后通过FOR循环结构自动索引隧道依次发送命令到各个发电机。程序从发送命令，接收数据、处理数据，显示数据都是从左到右依次执行。但是有个问题，如果我要响应用户开关机操作，怎么办？

    笔者当时是入门学者，选择事件结构来处理，读取数据放在超时分支里面，不断循环读取设备参数，开关机等操作按钮在另外的分支来响应用户点击操作。出现的问题是点击操作要等到超时分支完成后才能排队实现，超时分支里面命令很多，那开关机就要等很久，特别是写读串口延时设置偏长时。

    如果我需紧急停机呢？那这个模式还能用吗。笔者后来用队列实现这个功能，紧急停机是清除队列里面的元素 。

2、状态机模式State Machine Model

    允许不同的状态，按通过编程决定的顺序进行执行。整个结构就是初始化，状态选择，状态处理，结束。然后在状态选择和状态处理之间循环，响应用户操作，完成每个状态对应的功能。

LabVIEW状态机包含四个基本执行元素：

1、While循环－执行多个迭代直至符合停止条件。

2、条件结构－包含表示状态机每个状态的特殊代码。

3、状态枚举－定义状态机的所有状态。

4、移位寄存器－包含在当前迭代中执行的前一个迭代指定的状态。

    目前笔者没有在实际生产环境中使用过这个模式，这个模式可以用数据流顺序结构来代替，但是整个代码框架就很大。整个可以看看自带例子里面的State Machine Fundamentals，有点“队列”的意思。

    还有个例子是playback.vi，往前往后读读取数据库record，更有参考意义。

    在实际运用中，笔者觉得可以把事件结构改成成状态机来包装一下，逻辑复杂点，这样程序代码在就更加方便布置，各个功能也区分开来。

3、生产者消费者模式Producer-Consumer Model

    建立数据缓冲区来异步执行，缓冲区作为数据存储的中间部分，可以是局部变量、全局变量、共享变量、队列、通知器、信号量、datasocket。不同的是，局部变量只能在同一个面板传递，全局变量、队列、通知器、信号量可以在同一台电脑上传递，也就是同个内存都可以读写。共享变量、datasocket可以在同个局域网内传递数据。

    这个是笔者最近经常使用的模式，用起来很香。要是你在其他平台上，自己建立队列得多麻烦啊，所以虚拟仪器在测控方面太有优势了。

    笔者做过的三个项目都是生产者消费者模式，重点阐述这个模式。

    一是甚高频自动维护测试，读取VHF电台、综测仪、频率计测量VHF参数，操作RS232、Telnet、VISA网口。接口读取设备参数是入队列，出队列就处理解析参数并存储，同时不同功能界面用子面板来分开独立显示。

    二是导航设备和动环监控系统，采集导航设备VOR/DME、充电机、UPS、发电机等，完成设备集中监控和数据采集。方法和甚高频的解决方法一样，不同的是有几个设备通过485串口组成总线，存在资源竞用问题。当时是采用不同设备循环入队列，只是在其他面板出队列时通过枚举来区分，这时同个485串口就分开循环使用。其实还有更好的方法，就是信号量，获取信号量自动帮你解决资源竞争的问题。

    如果要改写，你知道怎么做吗。核心的就是获取信号量可以通过name在不同的子面板来使用。

    三是校飞辅助工具，labview方面采集甚高频语音数据，处理脉冲代码调制(PCM)数据，完成语音数据存储与回放。采集和处理存储是通过队列来分开实现，在回放方面是在另一个线程while里面通过事件结构来响应用户点击wav文件播放。

    最近网络上看到一种模式，三个while循环，两个队列组成的生产者消费者模式。采集、处理、存储在不同的线程，中间有两个数据缓冲区。我的第三个校飞辅助工具可以把回放再用一个队列吗？可能还不好操作，因为我的回放的数据是需要刷新全部数据，再加个队列要传递啥呢。所以采集和处理存储是通过队列实现，回放则再其他while循环里面。你有更好的方法吗？

4、事件驱动模式Event Structure Model

    此模式是用过用户事件结构来实现的。笔者做过导航设备维护测试系统，操作安捷伦示波器完成波形分析(瞬态、脉冲、幅值、频谱)和波形保存与回放。系统都是响应用户点击，平时就是在等待状态，不占用CPU资源。只要需要人机交互，事件结构必不可少。

    那有人要问了，无用条件结构，不断读取布尔变量值或其他数值的改变，不行吗？我只能说你out了，事件结构这么精髓的东西都不用，而且里面分支很丰富哦。笔者和同事做过一个功能，就是快捷菜单里面屏蔽设备告警，大家看看下图，应该选择哪个？在窗格-快捷菜单里面。

5、面对对象编程模式（OOP）

    面向对象就是把相关的数据和方法组织为一个整体来看待，包括数据和方法。在.lvclass里面，控件ctl代表数据，子vi代表方法。鄙人没有用过，测控方面我没有见到过用.lvclass,因为都是流程组织一系列动作，也没有继承等功能。不过可以先看看例子，功能是将数字转为字符串。ctl控件表示数据，write和read是方法，写入和读取数据，data encapsulation.vi调用写和读方法得到结果字符串。

    这个模式有点牵强 ，在基于流程的测控领域，有啥用呢。

    还有后台服务模式，也就是属性设置不显示前面板；程序启动模式，就是显示启动界面并完成一系列初始化动作；代理模式，就是子vi的调用方式，在什么时候调用。其实都是些小功能，算不上一种模式。

    最后说一下功能型全局变量（functional global variable），为了避免竞争机制而实现的一种非重入型子vi。我现在在界面传递数据时大量使用的功能，利用未初始化化的移位寄存器，while循环执行一次来完成数据传递，特别是大数组等数据，不产生数据副本，也避免数据竞争。