Многоплатформенность среды LabVIEW

Вопросы на повторение и закрепления пройденного на занятии учебного материала.

1. Назначение, общее устройство 7,62-мм (5,45-мм) автомата Калашникова.

2. Порядок неполной разборки и сборки 7,62-мм (5,45-мм) автомата Калашникова.

Ст. преподаватель кафедры Б и ТСП

подполковник внутренней службы С.Ю. Пресняков

Преподаватель кафедры Б и ТСП

майор внутренней службы С.В. Некрасов

Концепция LabVIEW сильно отличается от последовательной природы традиционных языков программирования, предоставляя разработчику легкую в использовании графическую оболочку, которая включает в себя весь набор инструментов. Необходимых для сбора данных, их анализа и представления полученных результатов. С помощью графического языка программирования, именуемого G (джей). Можно программировать задачу из графической блок-диаграммы, которая компилирует алгоритм в машинный код. Являясь превосходной программной средой для бесчисленных применений в области науки и техники, LabVIEW позволяет решать задачи различного типа, затрачивая значительно меньше времени и усилий по сравнению с написанием традиционного программного кода.

При этом в среде LabVIEW виртуальный прибор (ВП) имитирует реальный прибор с помощью аппаратно-программных средств и зачастую, выполняет измерительные функции физического прибора более точно.

Структура виртуального прибора в LabVIEW. Виртуальный прибор состоит из персонального компьютера (ПК), специального программного продукта LabVIEW, встраиваемой в ПК платы, выполняющей те же функции, что и реальный измерительный прибор.

Ввиду того, что функциональность прибора программируется пользователем, который по существу является разработчиком виртуального прибора, они в своей основе обладают достаточной гибкостью и эффективностью.

Программы, создаваемые в среде LabVIEW называются виртуальными приборами (ВП, virtual instruments-VI), ввиду того, что они внешне и функционально подобны реальным измерительным приборам. Кроме того, они подобны программам и функциям современных языков программирования высокого уровня, например, таких как языки С, С++, Java или Basic.

Виртуальный прибор (ВП) исходя из технологии LabVIEW состоит из трех основных частей, структура которого показана на рис. 1.

· Лицевая панель (Front Panel) – представляет собой интерактивный пользовательский интерфейс виртуального прибора, которая названа так потому, что имитирует панель реального измерительного прибора. На ней размещаются при разработке ВП ручки управления, различные кнопки, графические индикаторы и другие элементы управления (controls), которые являются средствами ввода данных в программу пользователем, и элементы индикации (indicators), которые являются выходными данными из программы. Пользователь при разработке ВП вводит данные, используя при этом мышь и клавиатуру, а после запуска программы на исполнение, наблюдает результаты ее действия на экране ПК.

Рис. 1. Структура виртуального приборав среде LabVIEW

· Блок-диаграмма (Block Diagram) – является исходным программным кодом ВП, создаваемым на языке графического программирования G ( джей ) в среде LabVIEW. Блок-диаграмма представляет собой реально исполняемое приложение. Компонентами блок-диаграммы являются: ВП более низкого уровня, встроенные функции LabVIEW, константы и структуры управления выполнением программы. Для того, чтобы задать поток данных между определенными объектами, необходимо создать определенную связь между ними, для чего необходимо проложить соответствующие проводники (wires).Объекты, расположенные на лицевой панели, представляются на блок-диаграмме в виде соответствующих терминалов (terminals), через которые данные могут поступать от пользователя в программу и обратно.

· Иконка (Icon) и соединительная панель (Connector) – позволяют использовать некоторый ВП в качестве подпрограммы или подприбора в блок-диаграмме другого ВП. С этой целью необходимо определить его иконку и соединительную панель. ВП, который используется внутри другого ВП, называется виртуальным подприбором (ВПП, SubVI). ВПП аналогичен подпрограмме, используемой в высокоуровневых алгоритмических языках. При этом иконка является однозначным графическим представлением ВП и может использоваться в качестве объекта на блок-диаграмме другого ВП. Соединительную панель представляет собой механизм передачи данных в ВП из другой блок-диаграммы, когда он применяется в качестве ВПП. Соединительная панель определяет входные и выходные данные ВП подобно аргументам и параметрам подпрограммы.

Иконка и соединительная панель обеспечивают графическое представление ВП и определение его параметров, которые необходимы при использовании данного ВП в качестве ВПП или функции в другом ВП.

Иконка и соединительная панель располагаются в верхнем правом углу диалогового окна лицевой панели. Иконка находится поверх соединительной панели, до тех пор, пока пользователь не выберет опцию для просмотра соединительной панели. При этом иконка графически представляет ВП на блок-диаграммах других ВП, а терминалы соединительной панели показывают места подсоединения проводников входных и выходных данных. Данные терминалы аналогичны параметрам подпрограммы или функции в современных языках программирования.

ВП по структуре являются иерархическими и модульными (modular). Их можно использовать, как самостоятельные приложения (top-level-programs), так и в качестве ВПП. Исходя из этого, технология LabVIEW использует концепцию модульного программирования (modular programming). Эта технология позволяет разделять сложные большие задачи на ряд простых подзадач, что дает возможность пользователю разрабатывать ВП для выполнения каждой из подзадач, а затем объединить эти ВП на блок-диаграмме прибора более высокого уровня, который обеспечивает выполнение прикладной задачи в целом.

Технологиямодульного программирования предоставляет возможность пользователю при создании ВП работать с каждым ВПП по отдельности, что облегчает отладку приложения и является достоинством данной технологии. Кроме того, ВПП низкого уровня на практике часто выполняют задачи, во многом типичные для нескольких приложений, что позволяет их использовать самостоятельно и независимо во многих отдельных приложениях.

Система сбора данных в среде LabVIEW. Сбор данных или ввод/вывод данных (Data Acquisition-DAQ) – это процесс измерения реального сигнала с последующей передачей этой информации в ПК для обработки, анализа, преобразования и хранения.

Компоненты типичной системы сбора данных в LabVIEW показаны на рис. 2.

Рис. 2. Система сбора данных в LabVIEW

В настоящее время технологии сбора данных нашли самое широкое применение: от научно-исследовательских приложений до различных задач испытаний и автоматизации в промышленности. Для осуществления сбора данных используются ПК с шинами PCI, PXI, Compact PCI, PCMCIA, USB, Fire Wire, а также с последовательными и параллельными портами. Многие устройства сбора данных устанавливаются непосредственно в ПК и передают данные напрямую в его память. В ряде задач используются удаленные устройства сбора данных, которые подключаются к ПК через сеть Ethernet или через последовательный и параллельный порт. При этом корректность результатов, получаемых при использовании компьютерной системы сбора данных, определяется следующими ее компонентами: ПК, оборудованием сбора данных, программным обеспечением, датчиками и системами согласования сигналов. Рассмотрим влияние на результаты решения измерительной задачи каждого из компонентов, входящих в систему сбора данных.

Персональный компьютер. Существенное влияние на максимальную скорость потокового сбора данных оказывает быстродействие ПК, который используется в системе сбора данных. Таким образом, поскольку в настоящее время компьютерные технологии развиваются достаточно быстро, то система сбора данных в полном объеме получает преимущества от их использования, а именно – возможности обработки сигналов и данных в реальном времени, расширенные функции графического отображения информации и высокие скорости сохранения потоков данных на дисковые накопители. Достоинством современных технологий является использование процессоров класса Pentium IV и Power PC в сочетании с высокопроизводительными системными шинами. Шины PCI и USB являются стандартными компонентами большинства современных ПК и обеспечивают возможность передачи данных со скоростью до 132 Мб/с. Внешние шины и порты, а также шины PCMCIA, USB и Fire Wire (IEEE 1394), широко распространенные в портативных компьютерах, являются основой для построения гибких систем сбора данных со скоростью передачи данных до 40 Мб/с. Таким образом, компьютерные системы сбора данных представляют важную альтернативу стационарным решениям. В приложениях удаленного и распределенного сбора данных можно разместить измерительные узлы в непосредственной близости от датчиков и источников сигнала, а для передачи результатов измерений использовать стандартные сетевые технологии Ethernet, последовательный порт или узлы беспроводной связи. При выборе устройства сбора данных и архитектуры системной шины следует учитывать режимы и скорости передачи данных, которые поддерживаются выбранным устройством и шиной.

Быстродействие ПК существенно влияет на производительность системы сбора данных в целом. Двадцать лет назад ПК могли передавать данные на частотах около 5 МГц, сегодня же эти скорости значительно выше. При увеличении производительности ПК скорость работы системы сбора данных также увеличивается. Кроме того, современные ПК способны осуществлять передачу данных с помощью функций программируемого ввода/вывода и с использованием прерываний. Передача данных с использованием прямого доступа к памяти, осуществляется при помощи специального аппаратного контроллера, который производит запись информации с системной шины ПК напрямую в его ОЗУ, минуя процессор и тем самым, повышая общую производительность системы. При этом процессор управляет передачей данных, что освобождает его для выполнения более сложных вычислительных задач. Инструментальный драйвер NI-DAQ 7 компании National Instruments, выполняющий функции интерфейса между аппаратными средствами сбора данных и ПК, содержит специально оптимизированные процедуры прямого доступа к памяти для передачи данных в память ПК с максимально возможной скоростью. Для того чтобы использовать преимущества прямого доступа к памяти и использования прерываний, устройство сбора данных должно поддерживать передачу данных этими способами на аппаратном уровне. Например, устройства для шин PCI и Fire Wire (IEEE 1394) могут работать и в режиме прямого доступа к памяти и с использованием прерываний, в то время как приборы для PCMCIA и USB предают данные только с использованием прерываний. Таким образом, метод передачи данных также влияет на максимальную производительность системы сбора данных, в зависимости от объема вычислений и иных операций, выполняемых процессором ПК параллельно с измерительными задачами.

Фактором, ограничивающим объем накопления больших потоков данных в реальном времени, является производительность жесткого диска ПК. Время доступа к диску и фрагментация файловой системы могут значительно снизить максимальную скорость сбора и накопления данных. Для измерительной системы, которая регистрирует высокочастотные сигналы, следует выбирать высокоскоростной жесткий диск и убедиться, что на нем есть достаточное количество непрерывного (нефрагментированного) свободного места. Более того, для сбора данных лучше выделить отдельный логический диск, расположив операционную систему на другом логическом жестком диске.

Ранее, в приложениях реального времени по обработки высокочастотных сигналов, необходимо было использовать высокопроизводительные 32-разрядные процессоры с сопутствующим сопроцессором или специализированные цифровые сигнальные процессоры. Однако, вычислительные возможности современных процессоров для настольных систем, работающих на частотах свыше 2,5 ГГц, столь велики, что необходимость в использовании специализированных процессоров практически отсутствует.

Наконец, правильный выбор операционной системы ПК позволит добиться максимальной эффективности и удовлетворить текущие потребности. На этот выбор влияют многие факторы, такие как опыт и требования разработчиков и конечных пользователей, другие применения ПК, финансовые соображения, совместимость аппаратных средств, имеющихся в наличии ПК, с выбранной ОС, а также наличие необходимого программного обеспечения под эту ОС. Традиционно распространены операционные системы Mac OS, известные своим простым графическим пользовательским интерфейсом, а также Windows 2000 и Windows XP – популярные 32-разрядные ОС с удобным пользовательским интерфейсом, расширенным управлением питанием и поддержкой технологии Plug & Play. Кроме того, для повышения надежности и функциональности в ряде приложений весьма перспективным оказывается применение операционных систем реального времени.