LabVIEW程序设计模式-生产者与消费者模式

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。

(1)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往往又是最常见的。

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：
(1)两个循环（程序）之间如何交换和共享数据。

(2)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。

(3)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？
(4)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”。

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（VI 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29 Reentrant Execution
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Reentrant execution
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30 VI Properties
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VI Server 技术实现的。

图31所示为LabVIEW中的Application Control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Open VI Reference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31 Application Control选板
图32是一个动态调用的具体实现代码，首先使用Open VI Reference获取被动态调用VI的Reference（例子中是C:\average.vi）；再使用Call By Reference Node 节电动态运行该VI；最后关闭VI的Reference。

在使用Call By Reference Node 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32 VI的动态调用
Open VI Reference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。

图33 Open VI Reference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)=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34 Fibonacci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)=n*f(n-1)，其中n>=1，f(0)=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Call By Reference Node运行时，程序是处于等待状态的，只有被调用的VI运行完毕，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35 VI Method
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（Main.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Open VI Reference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Run VI方法运行主程序，将Wait Until Done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36 VI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。