ASVT Материалы / основы_labview_1

Лекция 8. Методы проектирования и шаблоны

южному – красный. Состояние ждет 4 секунды, что показывает функция

Wait (ms).

Рисунок 9-8. Использовано слишком много переменных

В примере, показанном на рисунке 9-9, выполняется та же задача, но более эффективно и использован лучший вариант реализации. Обратите внимание, что этот код значительно проще для чтения и понимания, чем показанный в предыдущем примере, в основном благодаря уменьшению количества используемых переменных. Благодаря помещению в цикл While снаружи структуры Case, индикаторы могут обновляться после каждого состояния без использования переменных. Этот пример легче модифицировать при дальнейшей разработке, например, при добавлении сигнала «поворот налево», чем предыдущий.

Лекция 8. Методы проектирования и шаблоны

Рисунок 9-9. Уменьшение количества переменных

Инициализация переменных

Для инициализации локальной или глобальной переменной убедитесь, что до запуска VI переменная содержит известные значения. В противном случае переменные могут содержать данные, могущие привести к неправильной работе VI. Если в переменной используется результат вычислений как начальное значение, убедитесь, что LabVIEW записывает это значения в переменную, прежде чем предпринимает попытку обратиться к переменной с другими целями. Подключение записи в переменную параллельно с остальным VI может привести к возникновению состязаний.

Чтобы быть уверенными, что запись выполняется первой, вы можете изолировать код, записывающий начальное значение в переменную в первом кадре структуры Sequence или в subVI и подключить subVI первым в потоке данных на блок-диаграмме.

Если не проинициализировать переменную прежде, чем VI прочитает ее в первый раз, переменная будет содержать значение по умолчанию связанного с ней объекта лицевой панели.

На рисунке 9-10 показана распространенная ошибка при использовании переменных. Переменная общего доступа синхронизирует условия останова двух циклов. При первом запуске этот VI выполняется, поскольку значение по умолчанию булевского элемента равно False. Однако при каждом запуске этого VI после нажатия кнопки Stop в переменную записывается значение True. Поэтому при повторном и последующих запусках этого VI, нижний цикл останавливается после первой же итерации, хотя верхний цикл обновляет переменную достаточно быстро.

Лекция 8. Методы проектирования и шаблоны

Рисунок 9-10. Ошибка при инициализации переменной общего доступа

На рисунке 9-11 показан скорректированный код данного VI с добавлением инициализации переменной общего доступа. Инициализируйте переменную до начала цикла, чтобы убедиться, что второй цикл не остановится сразу же.

Рисунок 9-11. Правильная инициализация переменной общего доступа

C. Уункциональные глобальные переменные

Вы можете использовать неинициализированные сдвиговые регистры в циклах For или While для сохранения данных до тех пор, пока VI не будет выгружен из памяти. В сдвиговом регистре хранится последнее состояние сдвигового регистра. Поместите цикл While в subVI и используйте сдвиговые регистры для хранения данных, чтобы в них можно было писать и из них можно было читать так же, как и в случае использования глобальных переменных. Такой метод обмена данными часто называют методом функциональной глобальной переменной. Преимущество применения этого метода по сравнению с методом глобальной переменной состоит в том, что вы можете управлять доступом к данным в сдвиговом

Лекция 8. Методы проектирования и шаблоны

регистре. В обобщенном виде функциональная глобальная переменная содержит неинициализированный сдвиговый регистр в цикле For или While, который выполняется один раз, как показано на рисунке 9-12.

Рисунок 9-12. Формат функциональной глобальной переменной

Функциональная глобальная переменная обычно имеет входной параметр action, которым определяется задача, выполняемая VI. VI использует неинициализированный сдвиговый регистр в цикле While для хранения результата операции

На рисунке 9-13 показана простая функциональная глобальная переменная с возможностями установки и извлечения.

Рисунок 9-13. Функциональная глобальная переменная с возможностями установки и извлечения

Лекция 8. Методы проектирования и шаблоны

В этом примере данные передаются в VI и хранятся в сдвиговом регистре, если вы установите перечислительный тип данных в режим Set. Данные извлекаются из сдвигового регистра, когда перечислительный тип данных настроен на Get.

Хотя вы можете использовать функциональные глобальные переменные для реализации простых глобальных переменных, как показано в предыдущем примере, они особенно полезны при реализации более сложных структур данных, например, стека или буфера очереди. Вы можете также использовать функциональные глобальные переменные для защиты доступа к глобальным ресурсам, таким, как файлы, измерительные приборы и устройства сбора данных, которые не можете представить глобальной переменной.

Примечание: Функциональная глобальная переменная является нереентерабельным subVI. Это означает, что при вызове subVI из нескольких мест, используется та же копия subVI. Таким образом, одновременно может происходить только один вызов subVI.

Использование функциональных глобальных переменных для настройки временных параметров

Эффективное приложение функциональных глобальных переменных – управление временными параметрами VI. Многие VI для измерения и автоматизации требуется некая форма синхронизации. Часто прибору или аппаратному устройству необходимо время для инициализации, и вы должны в явном виде задать временные параметры VI для принятия во внимание физического времени, требуемого для инициализации системы. Вы можете создать функциональную глобальную переменную для измерения времени между запусками VI, как показано на рисунке 9-14.

Лекция 8. Методы проектирования и шаблоны

Рисунок 9-14. Функциональная глобальная переменная для определения прошедшего времени

Фрейм Elapsed Time получает текущую дату и время в секундах и вычитает полученный результат из времени, запомненного в сдвиговом регистре. Фрейм Reset Time инициализирует функциональную глобальную переменную известным значением времени.

Elapsed Time Express VI реализует функциональность, аналогичную данной функциональной глобальной переменной. Преимущество использования функциональной глобальной переменной в том, что вы можете проще настраивать проект, например, добавить возможность задания паузы.

Лекция 8. Методы проектирования и шаблоны

D. Состязания

Состязания - ситуация, когда время возникновения событий или график выполнения задач может непредумышленно воздействовать на значения выходных данных. Состязания являются общей проблемой программ, в которых параллельно выполняются несколько задач, обменивающиеся между собой данными. Рассмотрим пример на рисунках 9-15 и 9-16.

Рисунок 9-15. Пример возникновения состязаний: цикл 1

Рисунок 9-16. Пример возникновения состязаний: цикл 2

Каждый из циклов увеличивает значение переменной общего доступа с каждой итерацией. Ожидается, что после нажатия кнопки Stop значение Total Count равно сумме Count 1 и Count 2. При запуске VI в течение короткого периода времени, скорее всего, так и будет. Однако, если VI выполняется длительное время, значение Total Count будет меньше суммы Count 1 и Count 2, потому что в этом VI возникает состязание.

На компьютере с одним процессором действия в подобной многозадачной программе на самом деле происходят последовательно, но LabVIEW и операционная система переключаются между задачами так, что задачи эффективно выполняются в одно и то же время. Состязание в этом примере случается, когда переключение с одной задачи на другую происходит в определенный момент. Обратите внимание, что оба цикла выполняют следующие операции:

Чтение переменной общего доступа Увеличение значения счетчика чтений на единицу

Запись инкрементированного значения в переменную общего доступа

Лекция 8. Методы проектирования и шаблоны

общего ресурса не приносит вреда. Однако старайтесь использовать только один источник для записи или контроллер при работе с общим ресурсом. Как правило, состязания возникают только, когда в ресурс обращаются по записи несколько источников.

В предыдущем примере вы может уменьшить зависимость от разделяемых ресурсов, заставив каждый цикл выполнять счет локально. Затем объедините финальные значения счетчиков после нажатия кнопки Stop. При этом потребуется единственное чтение и единственная запись в общий ресурс, что исключает возможности состязаний. Если у всех разделяемых ресурсов только один источник для записи или контроллер и в VI хорошо организован последовательный порядок выполнения, состязаний не возникает.

Защита критических фрагментов кода

Критический фрагмент кода – это код, который должен вести себя устойчиво в любых обстоятельствах. При работе с многозадачными программами одна задача может прерывать другую в процессе выполнения. Это происходит практически во всех современных операционных системах. Как правило, это не оказывает влияния на выполняющийся код, но, если прерывающая задача изменяет разделяемый ресурс, который прерываемая задача считает постоянным, возникает состязание.

На рисунках 9-15 и 9-16 показаны фрагменты критического кода. Если один цикл прерывается другим циклом, когда он выполняет критический фрагмент кода, возникают условия, при которых могут возникнуть состязания. Один из способов устранения возможности состязаний – идентификация и защита критических фрагментов вашего кода. Существует много методов для защиты критических фрагментов кода. Наиболее эффективные из них – функциональные глобальные переменные и семафоры.

Уункциональные глобальные переменные

Один из способов защиты критических фрагментов кода – помещение их в subVIs. Нереентерабельный subVI в каждый момент времени можно вызвать только из одного места. Таким образом, помещение критического фрагмента кода в нереентерабельный subVI не дает коду быть прерванным другими процессами, вызывающими этот subVI. Использование архитектуры функциональных глобальных переменных для зашиты критических фрагментов особо эффективно, поскольку сдвиговые регистры могут заменить менее защищенные методы хранения, например, глобальные переменные или переменные общего доступа типа Single Process. Функциональные глобальные переменные способствуют также созданию многофункциональных subVI, обрабатывающих все задачи, связанные с конкретным ресурсом.

После определения всех критических фрагментов кода в VI сгруппируйте фрагменты в соответствии с используемыми ресурсами и создайте для каждого ресурса функциональную глобальную переменную. Каждый критический фрагмент, выполняющий отдельную операцию, может стать

Лекция 8. Методы проектирования и шаблоны

командой для функциональной глобальной переменной. Вы можете сгруппировать критические фрагменты, выполняющие одну и ту же операцию, в одну команду, то есть повторно использовать код.

Вы можете применить функциональные глобальные переменные для защиты критических фрагментов кода на рисунках 9-15 и 9-16. Для устранения возможности возникновения состязаний, замените переменные общего доступа функциональной глобальной переменной и поместите код инкрементирования значения счетчика внутрь функциональной глобальной переменной, как показано на рисунках 9-17, 9-18 и 9-19.

Рисунок 9-17. Использование функциональных глобальных переменных для защиты критического фрагмента кода в цикле 1

Рисунок 9-18. Использование функциональных глобальных переменных для защиты критического фрагмента кода в цикле 2