labview主／從設(shè)計(jì)模式和生產(chǎn)者／消費(fèi)者設(shè)計(jì)模式

1、5.2 LabVIEW設(shè)計(jì)模式一一主/從設(shè)計(jì)模式和生產(chǎn)者/消 費(fèi)者設(shè)計(jì)模在上一節(jié)中曾經(jīng)談到過(guò)，N1 LabVIEW中提供了六 種最基本的設(shè)計(jì)模式。本節(jié)首先介紹其中的兩種：主/從設(shè)計(jì)模式與生產(chǎn)者/消費(fèi)者設(shè)計(jì)模式（Master/Slave designpattern and Producer/Consumer design pattern）。這是由 于這兩 種設(shè)計(jì)模式在結(jié)構(gòu)上極為相似（使用的內(nèi)置函數(shù)不同），所以我們?cè)谶@里將一起來(lái)討論（基本結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖5.2-1、圖5.2-2 ） oMitt*- z iwhRiaTi 1 i訂“4邛.遜K2- (T-|To*；址嚴(yán)石97圖5. 2-1主/從設(shè)計(jì)模式Pr

2、oduOM/ConwrTZ Deii jr Pattern (Datdl PfoducerConbunerDt：d 4.vi Block. Diagram TrcCcxrE2D 0圖5. 2-2生產(chǎn)者/消費(fèi)者設(shè)計(jì)模式5. 2 1主/從設(shè)計(jì)模式(Master/Slave design pattern )3IIT|z.jrf11f rr:石二彳Elart 料rjEFTf * I WF Zot-iair r J ra叫PrDE訂Tng Oa*fCcmrnviiiEiTi&qonriKEiiiMITyConftFDD: pn H SimLilstiaxAddend是不對(duì)外開(kāi)放勺、不公開(kāi)勺，所以

3、我們也就很難理解勺更準(zhǔn)確或更全 面。那么如何正確勺使用它們呢？通常有兩個(gè)最簡(jiǎn)單、最直接勺方法可以解決這個(gè)問(wèn)題：一是，查看NI給出勺設(shè)計(jì)模式或例程；二 是，查看其它使用者所提供勺實(shí)用例程。其實(shí)，這里也再次間接勺告訴大家，更多查看和理解其它LabVIEW開(kāi)好者所提供的實(shí)用例程是學(xué)習(xí)LabVIEW勺最好方 法之一。通過(guò)圖5.2-1,就可以初略地領(lǐng)會(huì)到NI基于數(shù)據(jù)流的圖形化代碼主/從設(shè)計(jì)模式的表達(dá)形式或架構(gòu)。從圖5. 2-1中，可以看到主/從設(shè)計(jì)模式的基本構(gòu)成是：包括了兩個(gè)WMle循環(huán)（上面為主循環(huán)、下面的為從循環(huán)）和若 干個(gè)“通知”內(nèi)置函數(shù)（Notifier）構(gòu)成。主 循環(huán) 中的Case結(jié)構(gòu) 用來(lái)確

4、定是否向從循環(huán)發(fā)出通知。該設(shè)計(jì)模式支持圖形化代碼的多種數(shù)據(jù)類(lèi)型的數(shù)據(jù)輸入（圖5. 2-1中的數(shù)據(jù)類(lèi)型為：字符串）；并且用一個(gè)Stop按鍵來(lái)控 制這兩個(gè)Wh訂e循環(huán)的停止。如果用“高亮執(zhí)行”方式來(lái)查看它的數(shù)據(jù)流運(yùn)行狀 態(tài)時(shí)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)主循環(huán)中的Case結(jié)構(gòu)的條件輸入端為：F時(shí)，主 循環(huán)不會(huì)發(fā)出通知，從循環(huán)也不執(zhí)行任何操作；當(dāng)主 循環(huán)中的Case結(jié) 構(gòu)的條件輸入端為：T時(shí)，主循環(huán)發(fā)岀通知，從循環(huán)執(zhí)行相應(yīng)的操作。當(dāng)我們按下“Stop ”鍵時(shí)，主循環(huán)停 止并利用錯(cuò)誤簇（表現(xiàn)為：岀現(xiàn) 錯(cuò)誤）通知 從循環(huán)也停止。主/從設(shè)計(jì)模式工作時(shí)，數(shù)據(jù)（元素）傳遞是發(fā) 生在兩個(gè)WMle之間，依據(jù)Wh訂e循環(huán)的數(shù)據(jù)流

5、工作原理，我 們的確很難理 解數(shù)據(jù)是如何在兩個(gè)Wh訂e循環(huán)之間傳遞的。這使得這種結(jié)構(gòu)的兩個(gè)Wh訂e循環(huán)之間傳遞數(shù)據(jù)的關(guān)系看起來(lái)有 點(diǎn)象全局變量（或本地變 量）。其實(shí)，它與全局變量功能上是相近的，但還是有些區(qū)別。其中最主要區(qū)別在于：負(fù)責(zé)產(chǎn)生信息的主循環(huán)必須保持 循環(huán)查詢(xún) 數(shù)據(jù)是否發(fā)生變化。在數(shù)據(jù)沒(méi)有發(fā)生改變的時(shí)候，從循環(huán)結(jié)構(gòu)則完全 停止執(zhí)行，只有當(dāng)新數(shù)據(jù)可用時(shí)才重新啟動(dòng)（通知）。這就會(huì)使計(jì)算機(jī) 減少浪費(fèi)在無(wú)止境的輪詢(xún)中的時(shí)間。另外，全局變量破壞了數(shù)據(jù)流的關(guān) 系，而這里則完全保證了數(shù) 據(jù)流的關(guān)系。主/從設(shè)計(jì)模式主要用來(lái)解決兩個(gè)或多于兩個(gè)的同時(shí)發(fā)生的并且擁有不同運(yùn)行速率的線程的通信應(yīng)用中或者在運(yùn)行于

6、同一臺(tái)機(jī) 器的兩個(gè)VI之間通信的工具。這種方式一般用來(lái)同步兩個(gè)獨(dú)立的進(jìn) 程，所以它的這些內(nèi)置函數(shù)是分類(lèi)在函數(shù)選板的同步模版中。其實(shí)，在數(shù)據(jù)采集和處理中，更需要這種主/從構(gòu)架的應(yīng)用。比如，在連續(xù)數(shù)據(jù)釆集和分析、處理中，我們可能會(huì)將采集、分析、處理放在一個(gè)WMle循環(huán)內(nèi)。那么WMle循 環(huán)運(yùn)行 一次的時(shí)間就是采集、分析、處理這三部分運(yùn)行時(shí)間之 和。如果任務(wù)中 需要快速采集和實(shí)時(shí)處理，顯然這種在采集、分析、處理同放在一個(gè)Wh訂e循環(huán)中的方式很不好，很可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集的不連續(xù)性（數(shù)據(jù) 時(shí)間上出現(xiàn)間斷點(diǎn)），也就是采集完后將等待分析、處理完成后才能 再次進(jìn)行采集。如果真的不希望這種情況發(fā)生，那就可以通過(guò)采

7、用主/ 從設(shè)計(jì)模式來(lái)解決這樣類(lèi)似的問(wèn)題。比如，將數(shù)據(jù)釆集放到主循環(huán)中， 分析和處理放置到從循環(huán)中。由于我們不是LabVIEW內(nèi)置函數(shù)的設(shè)計(jì)者，所以不清楚主/從設(shè)計(jì)模式的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，所以我們只能認(rèn)定：這種工作方 式當(dāng)SendNotification有效時(shí)，元素被存儲(chǔ)，當(dāng)Wait on Notification有效時(shí)，元素被讀取，從而實(shí)現(xiàn)主/從 結(jié)構(gòu)間的數(shù)據(jù)傳 遞。這樣做就會(huì)高枕無(wú)憂了嗎？其實(shí)不然！這種構(gòu)架的缺點(diǎn)是：如果取走元素的速度慢，而發(fā)送元素的速度快，則會(huì)發(fā)生元素漏掉的情形。為了驗(yàn)證這樣的說(shuō)法，我們做一個(gè)簡(jiǎn)單的驗(yàn)證程序。例5. 2. 1-1主從結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)傳遞試驗(yàn)圖5 2.1-2是該程序的程序

8、框圖*Th ( ? .*h叩沖LLBJ忡利別審bTnr和 2 也y. i E-Irfiur .dhiilJM 4 -M利hu i R：審斛TftvifiirHTIch”圖521-2主/從模式數(shù)據(jù)傳輸試驗(yàn)程序框圖主循環(huán)產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)并發(fā)送到從循環(huán)，在每個(gè)循環(huán)中各放置一個(gè)Chat圖形顯示器來(lái)觀察隨機(jī)數(shù)發(fā)送和接收的情況。主/從循環(huán)各放置一個(gè)定時(shí)器，選擇不同的定時(shí)時(shí)間來(lái)驗(yàn) 證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。tfiuu. &n Nsl! rl c Bfl *Ti IZJ1、主循環(huán)定時(shí)：150ms從循環(huán)定時(shí)：150ms521-3主循環(huán)、從循環(huán)定時(shí)均為150ms從圖5. 2.1 -3可以看岀數(shù)據(jù)傳遞是準(zhǔn)確可靠的2

9、、主循環(huán)定時(shí)：200ms從循環(huán)定時(shí)：150ms3、主循環(huán)定時(shí)：從循環(huán)定時(shí)：200ms循環(huán)定時(shí)200ms從循環(huán)定時(shí)為150msWnyk76 代 XSL njDGPraminingAddonsFa worit&sUstr Libra只是使用的內(nèi)置函數(shù)不同。同樣我們也不介紹內(nèi)置函數(shù)的定義和使用方式。同時(shí)，生產(chǎn)者/消費(fèi)者設(shè)計(jì)模式的基本工作原理 也就不多介紹了面主要介紹它們之間的不同之處。它們之間最大的不同就是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸方式的不同。生產(chǎn)者/消費(fèi)者設(shè)計(jì)模式采用了隊(duì)列的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式（FIFO）0隊(duì)列的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是開(kāi)辟一個(gè)緩存區(qū)，依據(jù)先進(jìn)先出的原 則進(jìn)行的。新來(lái)的元素總是被加入隊(duì)尾（即不允許加塞），

10、 每次離開(kāi)的元素總是隊(duì)列頭上的（即不允許中途離隊(duì)），當(dāng)前最老 的元素離隊(duì)。這樣就保證了數(shù)據(jù)傳遞過(guò)程中基本上不會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù) 丟失的現(xiàn)象。為了驗(yàn)證這樣的說(shuō)法，我們還是同樣做一個(gè)簡(jiǎn)單的驗(yàn)證程序。例5. 2. 2-1生產(chǎn)者/消費(fèi)者結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)傳遞試驗(yàn)圖5. 2. 2-2是該程序的程序框圖產(chǎn)者/消費(fèi)者模式數(shù)據(jù)傳輸試驗(yàn)生產(chǎn)者循環(huán)產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)并發(fā)送到消費(fèi)者循環(huán)，在每個(gè)循環(huán)中各放置一個(gè)Chat圖形顯示器來(lái)觀察隨機(jī)數(shù)發(fā)送和 接收的情況。生產(chǎn)者/消費(fèi)者循環(huán)各放置一個(gè)定時(shí)器，選擇不同的定時(shí)時(shí)間來(lái)驗(yàn)證 數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。1生產(chǎn)者循環(huán)定時(shí)：150ms消費(fèi)者循環(huán)定時(shí)：150ms訊習(xí)訊習(xí)ir LLruui-TiilK.k.J，

11、r./ i ?r I圖522-3生產(chǎn)者循環(huán)、消費(fèi)者循環(huán)定時(shí)均為150ms從圖5. 2. 2-3可以看岀數(shù)據(jù)傳遞是準(zhǔn)確可靠的2、生產(chǎn)者循環(huán)定時(shí)：200ms消費(fèi)者循環(huán)定時(shí)：150ms& & 5 5 3 3 J J a.fl.0a.fl.0 a a a aPMQLLPMQLLOP3OP3QEQErm vSNHI0WW4rr Cl- irt 2L叮a缶Timi. e圖522-4生產(chǎn)者循環(huán)定時(shí)200ms消費(fèi)者循環(huán)定時(shí)為150ms從圖5. 2. 2-4可以看出數(shù)據(jù)傳遞也是準(zhǔn)確可靠的。3、生產(chǎn)者循環(huán)定時(shí)：150ms消費(fèi)者循環(huán)定時(shí)：200ms主循環(huán)定時(shí)150ms從循環(huán)定時(shí)為200ms從圖5.

12、2. 2-5可以看出數(shù)據(jù)傳遞也沒(méi)有出現(xiàn)數(shù)據(jù) 丟失的現(xiàn)象。實(shí)際上，由于數(shù)據(jù)傳遞被強(qiáng)行停止，所以后面的數(shù)據(jù)沒(méi)有被全 部完全傳遞出來(lái)。解決這個(gè)問(wèn)題的方法是在程序 設(shè)計(jì)中添加一些處理 程 序，這部分內(nèi)容可參考：LabVIEW網(wǎng)絡(luò) 講壇系列第三季運(yùn)籌帷幄一一生產(chǎn)者圖5. 2. 2-5/消費(fèi)者循環(huán)。還是那個(gè)問(wèn)題，從循環(huán)的停止是來(lái)自于主循環(huán)提供的錯(cuò)誤信息，從循環(huán)內(nèi)如果發(fā)生錯(cuò)誤如何報(bào)錯(cuò)？下面給出一個(gè)使用Mac版LabVIEW編寫(xiě)的DAQmxBas的實(shí)例（僅用于Mac數(shù)據(jù)采集應(yīng)用）。圖522-6 Mac電腦用于數(shù)據(jù)采集的生產(chǎn)者/消費(fèi)者例程（DAQmxBaSe.CiBvta KM F. #：.i拿nrii. fcr p* STM?*:S .Zfit?irv ihi A X.門(mén)RE 山JlIT1. 亠亠ML 0 i*uri kJ LX- iiv 1J Uu*fti Fjaad - IXhp BL *ur c tir-a jfihv El1 XXBih drill 1FGTIrI勺曲Ib4 KqaMfllt-fli T X If g ! taitSaSQDnun