LabVIEW — первое знакомство

    Здравствуйте, коллеги!

    В относительно небольшой статье мне хотелось бы рассказать о языке программирования LabVIEW. Этот весьма любопытный продукт к сожалению не пользуется широкой популярностью, и мне хотелось бы в некоторой степени восполнить имеющийся пробел.

    image

    Что же такое «LabVIEW»?

    LabVIEW — это один из основных продуктов компании National Instruments. Прежде всего надо отметить, что LabVIEW — это аббревиатура, которая расшифровывается как Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench. Уже в названии прослеживается ориентация на лабораторные исследования, измерения и сбор данных. Действительно, построить SCADA — систему в LabVIEW несколько проще чем при использовании «традиционных» средств разработки. В данной статье мне хотелось бы показать, что возможная область применения LabVIEW несколько шире. Это принципиально иной язык программирования, или если хотите целая «философия» программирования. Функциональный язык, заставляющий несколько иначе мыслить и порой предоставляющий совершенно фантастические возможности для разработчика. Является ли LabVIEW языком программирования вообще? Это спорный вопрос — здесь нет стандарта, как, например ANSI C. В узких кругах разработчиков мы говорим, что пишем на языке «G». Формально такого языка не существует, но в этом и заключается прелесть этого средства разработки: от версии к версии в язык вводятся всё новые конструкции. Сложно представить, что в следующей реинкарнации Си появится, например, новая структура для for-цикла. А в LabVIEW такое вполне возможно.
    Впрочем надо заметить, что LabVIEW входит в рейтинг языков программирования TIOBE, занимая на данный момент тридцатое место — где-то между Прологом и Фортраном.

    NI LabVIEW — история создания


    Компания National Instruments была создана в 1976 году тремя основателями — Джеффом Кодоски (Jeff Kodosky), Джеймсом Тручардом (James Truchard) и Биллом Новлиным (Bill Nowlin) в американском городе Остин (Austin), штат Техас. Основной специализацией компании являлись инструментальные средства для измерений и автоматизация производства.
    Первая версия LabVIEW увидела свет спустя десять лет после создания компании — в 1986 году (это была версия для Apple Mac). Инженеры NI решили бросить вызов «традиционным» языкам программирования и создали полностью графическую среду разработки. Основным идеологом графического подхода стал Джефф. Год за годом выпускались новые версии. Первой кроссплатформенной версией (включая Windows) была третья версия, выпущенная в 1993 году. Актуальной на данный момент является версия 8.6, вышедшая в прошлом году.

    В Остине и по сегодняшний день располагается головной офис компании. Сегодня в компании работают почти четыре тысячи человек, а офисы находятся почти в сорока странах (есть также офис и в России)

    Моё знакомство с LabVIEW


    Моё знакомство с LabVIEW произошло почти десять лет назад. Я начал трудиться по новому контракту, и мой тогдашний шеф вручил мне пачку дисков со словами «теперь ты будешь работать на этом». Я установил LabVIEW (это была пятая версия), и поигравшись некоторое время заявил, что на ЭТОМ ничего серьёзного не сделать, уж лучше я «по старинке» на Delphi… На что он мне сказал — ты просто не распробовал. Поработай недельку-другую. Через некоторое время я пойму, что ни на чём другом, кроме LabVIEW, я уже писать не смогу. Я просто влюбился в этот язык, хотя это и не была «любовь с первого взгляда».

    Вообще говоря, довольно сложно сравнивать графический и текстовый языки программирования. Это, пожалуй, сравнение из разряда «PC» против «MAC» или «Windows» против «Linux» — можно спорить сколько угодно, но спор абсолютно лишён смысла — каждая система имеет право на существование и у каждой найдутся как сторонники так и противники, кроме того у каждого продукта своя ниша. LabVIEW – всего лишь инструмент, хотя и весьма гибкий.

    Так что же такое LabVIEW?


    LabVIEW — это кроссплатформенная графическая среда разработки приложений. LabVIEW — в принципе универсальный язык программирования. И хотя этот продукт порой тесно связан с аппаратным обеспечением National Instruments, он тем не менее не связан с конкретной машиной. Существуют версии для Windows, Linux, MacOS. Исходные тексты переносимы, а программы будут выглядеть одинаково во всех системах. Код, сгенерированный LabVIEW также может быть также исполнен на Windows Mobile или PalmOS (справедливости ради надо отметить, что поддержка PalmOS прекращена, впрочем здесь сама Palm больше виновата). Этот язык может с успехом использоваться для создания больших систем, для обработки текстов, изображений и работы с базами данных.

    LabVIEW — весьма высокоуровневый язык. Однако ничто не мешает включать «низкоуровневые» модули в LabVIEW-программы. Даже если вы хотите использовать ассемблерные вставки — это тоже возможно, надо лишь сгенерировать DLL и вставить вызовы в код. С другой стороны, высокоуровневый язык позволяет запросто производить весьма нетривиальные операции с данными, на которые в обычном языке могли уйти многие строки (если не десятки строк) кода. Впрочем, ради справедливости надо отметить, что некоторые операции низкоуровневых языков (например, работу с указателями), не так просто реализовать в LabVIEW ввиду его «высокоуровневости». Разумеется, язык LabVIEW включает основные конструкции управления, имеющие аналоги и в «традиционных» языках:
    • переменные (локальные или глобальные)
    • ветвление (case structure)
    • For – циклы с проверкой завершения и без.
    • While – циклы
    • Группировка операций.

    LabVIEW – программа и возможности языка


    В LabVIEW разрабатываемые программные модули называются «Virtual Instruments» (Виртуальные Инструменты) или по-простому VI. Они сохраняются в файлах с расширением *.vi. VIs – это кирпичики, из которых состоит LabVIEW – программа. Любая LabVIEW программа содержит как минимум один VI. В терминах языка Си можно достаточно смело провести аналогию с функцией с той лишь разницей, что в LabVIEW одна функция содержится в одном файле (можно также создавать библиотеки инструментов). Само собой разумеется, один VI может быть вызван из другого VI. В принципе каждый VI состоит из двух частей — Блок-Диаграмма (Block Diagram) и Передняя Панель (Front Panel). Блок-диаграмма — это программный код (точнее визуальное графическое представление кода), а Передняя панель — это интерфейс. Вот как выглядит классический пример Hello, World!:

    image

    В основе LabVIEW лежит парадигма потоков данных. В вышеприведённом примере константа и терминал индикатора соединены между собой линией. Эта линия называется Wire. Можно назвать её «проводом». По проводам передаются данные от одних элементов другим. Вся эта концепция называется Data Flow. Суть Блок Диаграммы — это узлы (ноды), выходы одних узлов присоединены ко входам других узлов. Узел начнёт выполнение только тогда, когда прибудут все необходимые для работы данные. На диаграмме вверху две ноды. Одна из них — константа. Этот узел самодостаточен — он начинает выполнение немедленно. Второй узел — индикатор. Он отобразит данные, которые передаёт константа (но не сразу, а как только данные прибудут от константы).

    Вот чуть более сложный пример: сложение и умножение двух чисел. В традиционных языках мы напишем что-то вроде

    int a, b, sum, mul;
    //...
    sum = a + b;
    mul = a * b;


    Вот как это выглядит в LabVIEW:

    image

    Обратите внимание на то, что сложение и умножение автоматически выполняются параллельно. На двухпроцессорной машине будут автоматически задействованы оба процессора.

    А вот как выглядят while / for циклы и if / then / else структура:

    image

    Как уже упоминалось, все элементы будут выполняться параллельно. Вам не нужно задумываться о том, как распараллелить задачу на несколько потоков, которые можно выполнять параллельно на нескольких процессорах. В последних версиях можно даже явно указать на каком из процессоров должен выполняться тот или иной while-цикл. Сейчас существуют надстройки и для текстовых языков, позволяющие запросто добиться поддержки многопроцессорных систем, однако так просто, как на LabVIEW, это пожалуй нигде не реализовано. (ну вот, я всё же скатился на сравнение с текстовыми языками). Если уж мы заговорили о многопоточности, то надо также отметить, что в распоряжении разработчика богатый выбор инструментов для синхронизации потоков — семафоры, очереди, рандеву, и т.д.

    LabVIEW включает в себя богатые наборы элементов для построения пользовательских интерфейсов. Уж на что быстро «набрасывались» интерфейсы в Дельфи, а в LabVIEW этот процесс происходит ещё стремительнее.

    image

    Стандартная поставка LabVIEW включает в себя также блоки для работы с ini файлами, реестром, функции для работы с двоичными и тестовыми файлами, математические функции, мощные инструменты для построения графиков (а куда же без этого в лаборатории-то), а в дополнение к уже упомянутой возможности вызовов DLL, LabVIEW позволяет работать с ActiveX компонентами и .net. Начиная с восьмой версии в LabVIEW была добавлена поддержка классов — язык стал объектно-ориентированным. Реализованную поддержку нельзя назвать полной, однако основные черты объектно-ориентированных языков — наследование и полиморфизм присутствуют. Также функциональность языка можно расширить дополнительными модулями, например NI Vision Toolkit – для обработки изображений и машинного зрения и другие. А при помощи модуля Applcation Builder можно сгенерировать исполняемый exe-файл. С помощью Internet Toolkit можно работать с ftp серверами, c помощью Database Connectivity Toolkit — с базами данных и т.д.

    Часто можно услышать мнение, что графический код плохо читаем. Действительно, с непривычки обилие иконок и проводников несколько шокирует. Также начинающие разработчики создают программы-«простыни» и программы-«спагетти». Однако опытный LabVIEW-разработчик никогда не создаст диаграмм, превышающих размер экрана, даже если программа состоит из сотен модулей. Хорошо разработанная программа фактически «самодокументируется», поскольку в основе уже лежит графическое представление.

    image

    Довольно долгое время, программируя на LabVIEW, я пребывал в полной уверенности, что LabVIEW — это интерпретатор и блок-диаграммы постоянно интерпретируются ядром. После разговоров с инженерами NI выяснилось, что это не так. LabVIEW — это компилятор (качество кодогенерации, впрочем оставляет желать лучшего). Зато компиляция происходит «на лету» — в любой момент разработки программа всегда готова к запуску. Также LabVIEW-код может быть скомпилирован в полноценный исполнямый файл, который может быть запущен на компьютере без установленной LabVIEW (правда он требует LabVIEW Run-Time). Также можно собрать установочный пакет-инсталлятор, сторонних утилит типа InstallShield при этом не требуется.

    Дальнейшее и более детальное описание возможностей пакета выходит за рамки данной статьи, я же просто предлагаю попробовать (ссылки даны ниже). Как говорили великие «… единственный способ освоить новый язык программирования — писать на нём программы». Ну а опытные программисты смогут экстраполировать полученные знания на свои собственные нужды.

    Ссылки по теме


    На английском языке:

    По-русски:
    Поделиться публикацией
    AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

    Подробнее
    Реклама

    Комментарии 13

      0
      Интересно… Спасибо.
        +2
        Критика
        * закрытый продукт National Instruments, будучи языком программирования он не находится под влиянием комитетов по стандартам, например, ANSI
        * в 8-ке идет дискриминация по операционкам: пользователям яблочной продукции не нужно «активировать» свою версию, в отличие от пользователей микромягкого софта; зависимость от производителя вызывает недоверие в части приватности и безопасности данных
        * чтобы выпустить независимое от этой среды приложение, нужно еще кучу всего докупить; плюс ко всему, даже если и будет куплена runtime библиотека, то чтобы ее установить, потребуется админ, а это головная боль

        Источник: http://en.wikipedia.org/wiki/LabVIEW#Criticism
          +2
          В приведённной статье Википедии есть несколько неточностей.

          Впрочем по первым двум пунктам в некоторой мере согласен.

          Продукт действительно закрытый и компания NI сама себе устанавливает стандарты. Зато продукт в постоянном развитии. :)

          Активация продукта начиная с восьмёрки действительно представляет некоторую проблему и головную боль, особенно если нет соединения с интернетом. Кстати, активация практически ничем не отличается от активации WinXP, даже проще. При наличии интернета всё происходит автоматически.

          А вот третий пункт — неправда. Докупать ничего не надо, если работа идёт на LabVIEW Pprofessional Development System (в основном все работают на ней). А LabVIEW Run-Time библиотека изначально бесплатна. Имеется также возмоность запускать LabVIEW приложение без инсталляции Run-Time, хоть с флешки и без прав администратора. Платными являются только некоторые специальные библиотки (для обработки изображений, DSC и некоторые другие).

          Я могу ещё пару недостатков добавить:
          — Run-Time весьма «увесиста» — под сотню мегабайт в полном комплекте
          — Порой не хватает производительности — иногда приходится «узкие» участки прописывать на Си
          — Ошибки и баги в среде разработки — нередкое явление. На версиях 6.0 и 8.0 было почти невозможно работать.
          0
          Мне кажется это не совсем ЯП, а скорее специализированный продукт для работы и обслуживания электроники. Т.к. и диаграммы и примеры там к электроники как-то ближе.
            0
            а вы собирались программы там писать? этот продукт немного для другого и со своим предназначением он отлично справляется.
            0
            По себе знаю, такие графические «языки программирования» (имхо, это инструмент, а не ЯП) сначала вызывают отторжение. Как же так, картинки рисовать, вместо текстовых команд! Да это не программирование вообще! Однако через некоторое время появляются привычки и необходимость долго писать буковки ради получения простейшей конструкции утомляет.

            С LabVIEW не работал, спасибо за интересный обзор. Мне приходится рисовать схемы загрузки и обработки данных (ETL-процесс) в Oracle, и в этом помогает Informatica — гораздо проще, быстрее и нагляднее «нарисовать» схему с квадратиками таблиц и стрелками движения, чем описывать это все скриптом.

            Думаю, все специализированные области производства рано или поздно выделятся в такие специальные среды. А разработка с нуля станет велосипедом вроде написания собственной CMS для сайта.
              0
              Я правильно понял, что это примерно то же самое, что Simulink в Matlab?
                0
                Да, это похоже на Simulink. Кстати, существует мостик с помощью которого Simulink можно подружить с LabVIEW.
                  0
                  да, хорошая штука. Мы в универе разные клевые штуки с ней моделировали.
                    +1
                    Я, собственно, не хотел бы огрничиться одной обзорной статьёй, но сделать небольшой цикл — что-то типа серии «уроков» на тему программирования в LabVIEW. В следующей статье мы познакомимся со средой — как там всё устроено, затем пробежимся по переменным, затем основные управляющие структуры, принципы построения GUI, и т.д. Всё будет излагаться «от простого к сложному» с примерчиками. Моя цель — показать то, что писать программы с этой штукой тоже вполне возможно.
                      0
                      Напомнило аналоговые вычислительные машины. www.ru.wikipedia.org/wiki/Аналоговый_компьютер
                      Классная была штука. Я их еще застал. Отдельные задачи вообще без них решить было нельзя.
                        0
                        Было бы интересно узнать, где в России используют LabVIEW (исключительно из соображений поиска работы)?

                        Платными являются только некоторые специальные библиотки (для обработки изображений, DSC и некоторые другие).


                        К сожалению, часто без этих библиотек не обойтись, так что я бы сказал, что LabVIEW Run-Time скорее условно-бесплатна.
                          0
                          В России в основном мне видятся два направления — либо LabVIEW используется для автоматизации экспериментов либо для промышленной автоматизации. Вакансий немного, но найти можно. Также LabVIEW довольно широко используется в Вузах для обучения (но с точки зрения поиска работы это не вариант, если только вы не преподаватель). Вот прямо сейчас на хедхантере висят три вакансии — две в Москве и одна в Казани. Ну ещё NI время от времени размещает вакансии.
                          Довольно много позиций открыто в Германии, но, в основном ищут практикантов. Мой друг в конце прошлого года искал работу в Гамбурге — мгновенно получил пару приглашений на интервью, но в первой фирме по деньгам было не густо, а во вторую устроился.

                          Что касается LabVIEW Run-Time — то она честно бесплатна. Специальные тулкиты могут требовать платных Run-Time, но они используются по необходимости. Я занимаюсь обработкой изображений и соответственно мне необходим Vision, а вот соседний отдел занимается ультразвуком — так им ничего платного не нужно — они обходятся чистым Run-Time. Ну и при использовании оборудования NI ПО даётся «в довесок» — вот, к примеру, при использовании фреймграбберов NI (те, которые NI IMAQ) Vision Acquisition включён в комплект. Но вообще стоимость комплекта ПО для разработчика весьма высока (и это один из факторов, мешающих широкому распространению LabVIEW).

                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                        Самое читаемое