LabVIEW程序设计模式—消息队列型状态机模式

1、LabVIEW程序设计模式（三）一消息队列型状态机模式LabVIEW 程序设计 2009-04-28 08:55:30 阅读673评论0 字号：大中小 订 阅针对基本状态机模式的第（13）个问题，需要对模式进行改进。本节将一 一分析这些问题对应的解决方案，并最终形成一种新的状态机模式一一消息队列 型状态机模式。（1）状态的分类不清晰。这是一个涉及各个状态分类管理的问题，是一个组织问题。我们可以做一个 类比，在一个书桌上有许多种类的书籍（通信、计算机、机械、法律等），这些 书都摆放在书桌上很整齐。但是我们在寻找一本书时并不会觉得很迅速和随意， 因为书籍的摆放是无序的，每次寻找书籍我们不得不从第一

2、本开始浏览直至找到 我们想要的书籍。或许可以做一些改变，我们设置一些书立，将不同种类的书使 用书立分开。并且在书立上标明这些书籍表示的种类。这样我们在寻找某一种书 籍时就不需要从第一本书开始寻找了，只需要找到对应的书立，在这些书立中寻 找即可。让我们回到程序，并给程序的状态设置一些“书立”。如图 4所示，系统 共有 9 个有效状态（UI In itial、Data In itial、In str In itial、Temperature Power、 FFT、JTFA、Data Clean Exit）。如果把这些状态混在一起，我们需要找到某 一个状态时会比较困惑和麻烦。如同上面所述，将这些状态

3、分为4类并设置了 4个“书立” （Initial、Acquire、Analyse、System）分隔这些状态。在实际的状态 控制中，需要确保程序只会进入实际的状态中运行而不会进入到“书立”分支 中，因此对每个“书立”加入了“ ”以示区别。图4状态分类尽管我们只是进行了少量的修改，但是这的确有利于程序状态的组织和阅 读，尤其是当程序具有很多个状态的时候。（2）缺乏数据共享和错误处理机制。在层叠式的顺序结构中，数据在帧之间的传递是靠“顺序局域变量”实现 的。那么如果在case结构中如何传递不同分支的数据呢？这个问题似乎很容易 解决，使用局域变量，全局变量或共享变量都能够解决，但是这些并不是最优的

4、解决方案。因为上述的方式会明显系统运行的内存空间和时间。由于状态机的基 本组成元素除了 case结构之外还有循环，因此可以使用移位寄存器来传递数据 如图5所示。图5状态机中的数据传递图5使用移位寄存器进行数据共享和传递，将所有的数据封装在一个簇中 并对每个数据命名，这样在使用数据时就可以使用“ Unbundle by name或“ bun die by name。需要说明的是，即使使用一个数据需要共享，仍然希望采 用簇的封装形式，这样当后续需要增加扩展数据的时候并不会影响现有的数据引 用。（3）每一个状态分支只能够决定后面的一个状态，而无法决定一个状态序列（多个状态）。在基本状态机中之所以存在

5、这个问题是因为状态的传递使用的是Scalar （标量）形式，如果需要传递一个状态序列，很明显可以使用队列或数组进行状态的 传递。在LabVIEW程序设计模式中将这种具备处理状态序列的状态机称为“消 息队列型状态机”，它是在基本状态机基础上的改进。顾名思义，这种模式就像银行办理业务时排队一样采用队列的方式。当储户 进入银行时，首先到叫号机处领取号码进行排队（进入队列）并等待。然后，当 前面的储户办理完业务后就可以到相应的窗口办理业务（退出队列）。事实上，这种方式在现代生活中随处可见。在LabVIEW中至少有两种实现消息队列的方法。如图 6所示。前者使用数 组函数实现队列元素的入列和出列；后者使用

6、队列函数实现队列元素的入列和出 列。二者都能够实现队列的有序操作和状态的序列变化。图6消息队列型状态机模式本节解决了基本状态机模式中的(1) (3)个问题，为了更好地比较和使 用这些特点，特使用一个实例说明消息队列型状态机的使用过程。【应用2】本例要模拟一个自动贩卖机的工作过程。它的一次正常交易过程为：投币- 选择需要购买的商品一找币，当币值不足或商品已经销售完毕时则无法购买。程序的前面板如图7所示。在贩卖机的左上侧有4个按钮。(1) 1USD:单击时表示投入1美元的货币，2USD和5USD类同；(2) Change Back表示找零，也就是将目前剩余的货币退还给用户。程序的右侧是5个按钮，表

7、示5种不同类别的可乐(这里均使用了可口可乐 的图标)，每种可乐的价格均是1美元。可乐的下面数字表示贩卖机中剩余的该 商品的数量，初始为每种20瓶。Current money显示贩卖机中剩余的货币数，你 可以继续购买可乐或者选择退回。单击 Stop按钮将退出应用程序。本例将使用本节介绍的消息队列状态机模式解决这个应用(也可以使用其它 的设计模式)。系统的功能并不复杂，关键是要判断贩卖机中的剩余钱数和剩余 的货物数以决定交易是否成功。图7自动贩卖机前面板程序背面板如图8所示。系统分为5个状态，并分为2大类第一类：Initiala) UI Initial :前面板界面的初始化。b) Data Ini

8、tial :数据的初始化。(2)第二类：Systema) Idle (Default):空闲状态。b) CheckMoney:贩卖机中的剩余钱数和剩余的货物数以决定交易是否成功。c) Exit :退出程序。程序开始运行时进入UI Initial和Data Initial状态，完成初始化操作。从图 中可以看出系统采用数组函数处理消息队列。图8自动贩卖机背面板在UI Initial中，系统给标题栏和说明栏赋值，并将前面板的商品设置为不可购买状态，因为在初始化时还没有完成投币动作。如图9所示图 9 UI Initial 分支在Data Initial中包含两个共享的数据：Money和GState前者表示贩卖机中 剩余的币值，初始化值为0;而后者表示贩卖机中各个商品剩余的数量，初始化 值为20数据使用移位寄存器传递以便于在各个 case分支中共享和使用，如图10 所示。CheckM oney分支主要是为了防止不合法的交易（如投入的币值不足或商品当程序运行到Exit分支时，将停止循环并退出程序，如图12所示图12 Exit分支Idle分支用来监控前面板各个按钮控件的变化并执行相应的状态。该分支比 较复杂，当检测到第0个按钮被按下时（即1USD按钮），贩卖机中的货币值应该加一，同时需要判断是否达到了交易条件(即进入CheckMo ney状态