LabVIEW – přes 20 let inovací LabVIEW - grafické vývojové prostředí pro měření a automatizaci, představené v roce 1986, má za sebou více než 20 let inovací a neustálého vylepšování. Ačkoli bylo prostředí LabVIEW původně představeno jako nástroj pro programování měřicích přístrojů, postupem času se z něj vyvinula všeobecná platforma pro návrh, měření a řízení. Během let se původní skupina uživatelů LabVIEW rozrostla do velké a aktivní uživatelské základny, která pokrývá širokou řadu oborů a aplikací a díky které se toto prostředí stalo jedním z nejpopulárnějších pro sběr dat a řízení přístrojů. Bez ohledu na úspěch a popularitu této platformy mají mnozí vědci a technici dodnes potíže s pochopením všech možností LabVIEW. Tento článek přehledně rekapituluje předchozích 20 let vylepšování a inovací a pomáhá najít odpovědi na časté otázky týkající se platformy LabVIEW. Většina opakujících se požadavků zákazníků na nové funkce byla nejen zodpovězena, ale požadovaná funkce byla rovněž doplněna do LabVIEW v jedné z následujících verzí. Je LabVIEW skutečný programovací jazyk? LabVIEW je plnohodnotný programovací jazyk se stejnými programovými strukturami, jaké jsou v abstraktních textových jazycích. Navíc nabízí grafický programovací jazyk LabVIEW unikátní možnosti pro programování paralelních procesů a pro běh programů v reálném čase. Už od verze LabVIEW 1.0 umožňuje LabVIEW paralelní zpracování několika procesů najednou, přičemž jejich programování je rychlé a jednoduché díky intuitivnímu přístupu. Ačkoli je tato možnost stará přes 20 let, důležitost paralelního zpracování v současnosti stoupá s rozšířením procesorů s více jádry a kontrolérů s FPGA poli.
Programování paralelních procesů je v grafickém vývojovém prostředí LabVIEW otázkou několika minut
Verze 8.20 rozšířila možnosti LabVIEW o objektové programování. Uživatelé nyní mohou ve svých grafických programech používat takové koncepty jako jsou: objekty, třídy, metody, vlastnosti, zapouzdření, dědičnost nebo polymorfizmus. Je LabVIEW otevřené prostředí? Vzhledem k jedinečné grafické povaze LabVIEW si mnoho uživatelů neuvědomuje, že i z tohoto prostředí lze rovněž snadno volat kód z tradičních textových jazyků. Už dávno mohou uživatelé LabVIEW volat kód převedený do dynamické knihovny DLL nebo do sdílené knihovny a také integrovat externí kód a aplikace prostřednictvím softwarových technologií jako jsou např. ActiveX nebo .NET. Nastavení správných parametrů při volání DLL knihoven není triviální záležitost. Proto verze 8.20 nově obsahuje průvodce, kteří proces nastavení volání externího kódu významně zjednodušují. Průvodce importováním souboru DLL automatizuje proces vkládání DLL knihovny a automaticky vygeneruje sadu VI pro použití přímo v grafickém vývojovém prostředí LabVIEW. Pomocí tohoto průvodce se mohou uživatelé vyhnout hodinám stráveným při manuálním nastavování parametrů metodou pokus-omyl. Průvodce automaticky vygeneruje VI pro každou funkci v souboru DLL a interpretuje soubor záhlaví. Dále propojí vstupy a výstupy každé funkce do konektorového štítku VI.
Průvodce importováním DLL souboru automaticky vygeneruje VI pro volání DLL přímo z LabVIEW
Kromě zjednodušení importování souborů DLL představuje verze LabVIEW 8.20 rovněž průvodce pro importování webových služeb. Průvodce importováním webových služeb, který funguje podle stejného modelu jako průvodce importováním souboru DLL, automaticky generuje VI do LabVIEW pro volání vzdálených metod z webové služby, což umožňuje uživatelům LabVIEW využívat pravidla, která jsou uložena jako webové služby. Průvodci voláním externího kódu nejsou jedinou novou vlastností verze 8.20, která uživatelům usnadňuje práci. Opačný postup – exportování kódu z LabVIEW do tradičních textových programovacích jazyků bylo ve verzi 8.20 byly rovněž výrazně vylepšeno. Např. průvodce exportem ovladače měřicího přístroje slouží uživatelům LabVIEW k vygenerování DLL knihovny, kterou pak můžou jiní programátoři použít např. v jazyku C. Ovladačů měřicích přístrojů pro LabVIEW existuje v současné době několik tisíc a takto mohou být zpřístupněny i ostatním.
Je kód v LabVIEW zpracováván dostatečně rychle? Verze 2 LabVIEW uvolněná v roce 1990 představila grafický kompilátor LabVIEW, který umožňoval uživatelům spouštět programy rychlostí srovnatelnou s rychlostí běhu programu v tradičních kompilovaných jazycích. Dokonce ani dnes mnoho uživatelů neví, že grafický kód LabVIEW je kompilován přímo do strojového kódu, což zaručuje mnohem rychlejší zpracování než u interpretovaných jazyků. Během let vylepšování se objevily dokonce nové možnosti uplatnění LabVIEW ve specializovaných náročných aplikacích. Jde zejména o komunikaci s novými typy sběrnic a rychlé řízení v reálném čase. Uživatelé mohou nyní v FPGA modulu pro LabVIEW naprogramovat svůj kód pro hradlová pole. Kód pak běží přímo v křemíku, čímž je dosaženo do dnešní doby nevídané rychlosti. Programování má opět grafický charakter, takže není nutno trávit hodiny laděním kódu v komplikovaném jazyce VHDL. S verzí LabVIEW 8.20 se řady potenciálních programátorů FPGA rozšířily díky uvedení průvodce LabVIEW FPGA - interaktivního nástroje pro nastavení FPGA funkcí bez programování. Pomocí průvodce FPGA uživatelé v dialogových oknech nastavují časování, I/O kanály a také další parametry, jako např. šířku pulzu PWM, čítače a inkrementální čidla. Průvodce FPGA pak na základě vstupní specifikace automaticky vygeneruje grafický kód pro LabVIEW. Začátečníci se tak mohou seznámit se správnou strukturu kódu pro funkce na nízké úrovni a zkušenější uživatelé mohou optimalizovat svůj kód a tím zvýšit rychlost jeho zpracování.
FPGA průvodce pomáhá při nastavení parametrů I/O v modulu LabVIEW FPGA
Lze použít LabVIEW pro vytváření průmyslových aplikací? Vzhledem k tomu, že zkratka LabVIEW znamená „Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench“ (Laboratorní prostředí pro vývoj virtuálních přístrojů), mnozí uživatelé se mylně domnívají, že prostředí LabVIEW je vhodné pouze pro automatizaci měření v laboratorních podmínkách. Ačkoli bylo před 20 lety LabVIEW skutečně zaměřeno na automatizaci měření, postupem času bylo cíleně vylepšováno a rozšiřováno do mnoha nových oblastí a různorodých aplikací. Funkčnost, jednoduchost používání a flexibilita celé platformy LabVIEW způsobily samovolné rozšíření do mnoha oborů. Neustále se zlepšující výkon a spolehlivost osobních počítačů a s nimi spojených technologií stále častěji vedou výrobce k jejich využití i pro distribuované průmyslové měřicí a řídicí aplikace. S uvedením verze LabVIEW 8.0 v roce 2005 se náročnost vývoje distribuovaných měřicích systémů značně snížila. S novým Project Explorerem v LabVIEW mohou uživatelé rychleji nahrát aplikace do více typů zařízení vybraných ze seznamu, například do kontroléru pracujícího v reálném čase. Project Explorer dále umožňuje rychle nastavit zařízení, otevírat, upravovat a opětovně nahrávat kód běžící na cílových
počítačích. Další novou užitečnou funkcí ve verzi 8.0 LabVIEW byla sdílená proměnná, přes kterou mohou uživatelé sdílet data mezi distribuovanými zařízeními. Sdílená proměnná velice zjednodušuje a zrychluje výměnu dat po Ethernetu, což je důležité systémy reálného času, umí i alarmy a logování dat. Tato nová část platformy LabVIEW se nazývá distribuovaná inteligence, protože usnadňuje vytváření a správu distribuovaných systémů mezi inteligentními zařízeními a kontroléry. Verze 8.20 LabVIEW přinesla další nově funkce určené zejména pro průmyslové systémy. Byl představen modul pro programování dotykových panelů. Modul Touch Panel pro LabVIEW umožňuje uživatelům vyvíjet a spouštět aplikace pro dotykové displeje založené na operačním systému Windows CE, který je v ovládacích a monitorovacích systémech rozšířen. Touch Panel modul pro LabVIEW 8.20 zjednodušuje vývoj kódu pro dotykové panely a Průzkumník projektů umožňuje rychlé nahrání kódu do dotykového panelu s operačním systémem Windows CE.
Lze LabVIEW použít pro modelování a simulaci? LabVIEW a National Instruments jsou v současnosti všeobecně známými pojmy v aplikacích testování a měření. Vzhledem k tomu, že prostředí LabVIEW zjednodušuje ovládání přístrojů a měření, je často využíváno pouze jako nástroj pro testování a měření. Nicméně verze LabVIEW 8.20 představuje celou novou sadu možností integrovaných do jedné skupiny grafických vývojových prostředí, která zrychluje vývoj algoritmů, vytváření prototypů systémů a konečně i nahrání kódu do hotového zařízení. Ironií je, že je to právě silná vazba LabVIEW na hardware pro měření a řízení, díky které je toto prostředí tak často vybíráno pro návrh. V prostředí LabVIEW můžete velice rychle propojit teorii návrhu algoritmů s reálnými vstupy a výstupy, což dává návrhářům možnost realizovat velmi složité konstrukce do hardwarových prototypů a velice snadno pracovat s reálnými signály.
Mezi klíčové technologie, díky kterým má prostředí LabVIEW své pevné místo ve světě modelování a simulace, patří: MathScript – MathScript je matematická struktura v LabVIEW, která vybočuje z grafické podstaty LabVIEW. Umožňuje zapisovat matematické algoritmy pomocí textu a ne jen výhradně graficky. Díky MathScriptu mohou uživatelé importovat skripty m-souborů vytvořené v jiných matematických prostředích, např. The MathWorks Matlab, a vkládat je do svých aplikací v LabVIEW. MathScript představuje důležitý nástroj pro systémové návrháře, kterým umožňuje opakovaně používat jejich matematické algoritmy a připojit je pomocí prvků interaktivního grafického uživatelského rozhraní (knoflíky, stupnice, měřidla, grafy) a také pomocí reálných signálů, což jsou dvě hlavní silné stránky platformy LabVIEW.
Návrh a simulace řízení – v simulačním modulu v LabVIEW mohou uživatelé rychle navrhovat, simulovat a vytvářet prototypy dynamických řídicích systémů. I v tomto případě mohou návrháři využít hardwarové možnosti LabVIEW, vyvíjet své algoritmy řízení a vytvářet prototypy běžící v reálném čase. Ve verzi LabVIEW 8.20 je rychlost simulačního režimu zvýšena více než desetkrát, což umožňuje v prostředí LabVIEW navrhovat a implementovat výkonné komerční řídicí systémy. Ve verzi 8.20 LabVIEW byla poprvé představena konektivita mezi Modulem pro simulaci a modulem Microprocessor SDK (dříve LabVIEW Embedded), která vývojářům umožňuje implementovat řídicí systémy na libovolném 32bitovém mikroprocesoru.
Komunikace a vytváření prototypů – pomocí sady nástrojů Modulation Toolkit mohou uživatelé prostředí LabVIEW rychle navrhovat a vytvářet vlastní komunikační protokoly. Sada nástrojů poskytuje VI pro kódování zdroje, kódování kanálu a modulaci, takže návrháři mohou snadno experimentovat s novými standardy komunikace nebo si nadefinovat vlastní komunikační protokol. Grafický jazyk LabVIEW přirozeně reprezentuje tok signálu komunikačního vysílače prostřednictvím různých kroků v kódování a modulování signálů, což umožňuje intuitivní prezentaci systému.
Je LV hračka? Stává se, že zkušení programátoři po prvním kontaktu s platformou LabVIEW podceňují grafický přístup k programování. Když se někteří programátoři zvyklí na textové programovací jazyky poprvé seznámili s grafickým způsobem definování datových smyček a větví, prohlásili, že „LabVIEW je hračka“. Paralelně s uvedením verze LabVIEW 8.20 bylo prostředí LabVIEW představeno jako součást balení nového robotického systému Lego Mindstorms NXT, což mohlo potvrzovat domněnku, že LabVIEW je hračka. Z dílů stavebnice Lego Mindstorms NXT mohou děti postavit roboty a ve zednodušené verzi LabVIEW vyvinout a naprogramovat software, který pak v robotu Lego poběží. Tisíce budoucích vývojářů může děkovat prostředí LabVIEW a stavebnici Lego Mindstorms NXT za novou výkonnou a přitom jednoduchou platformu, která jim později zjednoduší start jejich kariéry vývojáře nebo konstruktéra. Závěr Prostředí LabVIEW má za sebou 20letou historii nepřetržitého vylepšování o užitečné podněty zákazníků, díky čemuž představuje velmi stabilní platformu pro měření a řízení. Nicméně grafické prostředí LabVIEW se stále rozšiřuje a dál vyvíjí do platformy, která se může uplatnit v mnoha různorodých aplikacích. S rozšiřováním funkcí se platforma stává stále náročnější i pro uživatele, kteří LabVIEW dobře
znají a sledují všechny jeho nové rostoucí možnosti. Protože však vědci a techničtí pracovníci stále hledají nové zajímavé problémy k řešení, bude se i grafické vývojové prostředí LabVIEW dále rozrůstat a vyvíjet, aby ji bylo možné k řešení těchto problémů použít.
National Instruments (Czech Republic), s.r.o. Dělnická 12 170 00 Praha 7 - Holešovice Česká republika Tel: +420 224 235 774 Fax: +420 224 235 749 E-mail:
[email protected] www.ni.com/czech CZ: 800 142 669 SK: 0800 182 362
