眾籌首發(fā)|龍哥手把手教你從零入門LabVIEW機(jī)器視覺(jué)！

日前，在NIWEEK2018上，NI共同創(chuàng)始人、Fellow、有著LabVIEW之父稱號(hào)的Jeff Kodosky做了主題演講，他暢談了未來(lái)LabVIEW的軟件架構(gòu)。

未來(lái)，LabVIEW將可通過(guò)更高級(jí)的抽象，實(shí)現(xiàn)在一個(gè)程序框架中對(duì)上位機(jī)和FPGA同時(shí)編程，雙方的數(shù)據(jù)交互在統(tǒng)一平臺(tái)下執(zhí)行，而不像過(guò)去通過(guò)隊(duì)列形式實(shí)現(xiàn)。這會(huì)給編程帶來(lái)更大的便利性，尤其是面對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)，采用更高級(jí)的編程語(yǔ)言可加速用戶的開(kāi)發(fā)周期。

“就好像開(kāi)車一樣，如果你需要加速，采用自動(dòng)變速箱直接踩油門的方式比手動(dòng)換擋便捷很多，這就是通過(guò)提高抽象級(jí)別讓軟件變得更加簡(jiǎn)單高效。”Jeff說(shuō)道。

NI共同創(chuàng)始人、Fellow、LabVIEW之父Jeff Kodosky

以下是其演講內(nèi)容。

LabVIEW設(shè)計(jì)初衷只是為科學(xué)家和工程師可以快速完成他們的測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)，而無(wú)需專門的程序員團(tuán)隊(duì)。

正如Dr.T說(shuō)過(guò)的，像電子表格程序可幫助金融分析師編程一樣，我們給工程師和科學(xué)家開(kāi)發(fā)一套屬于他們自己的加速編程工具。

目前來(lái)看，LabVIEW已經(jīng)成功地完成了這一任務(wù)。

通過(guò)LabVIEW，數(shù)以萬(wàn)計(jì)的工程師、科學(xué)家、測(cè)試人員甚至醫(yī)學(xué)研究員等各行業(yè)專家成功完成了他們的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。LabVIEW加速了研究開(kāi)發(fā)，減少了測(cè)試時(shí)間和成本，同時(shí)就減少了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。

LabVIEW在持續(xù)改進(jìn)和創(chuàng)新上有著悠久歷史，每個(gè)版本既保持向后兼容性，同時(shí)也在不斷引入新功能。

LabVIEW最顯著的進(jìn)展是引入對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)和FPGA支持。用戶無(wú)需成為VHDL專家，便可通過(guò)構(gòu)建在FPGA上運(yùn)行的圖形化程序來(lái)滿足性能要求。今天，隨著系統(tǒng)的復(fù)雜性不斷增加，需要更多的并行處理，更多的物理I/O，更緊密的時(shí)序和同步以及更多的分布式組件。

LabVIEW演進(jìn)歷史

所以，我們將如何繼續(xù)應(yīng)對(duì)未來(lái)的復(fù)雜性呢？

一種方法是建立良好的策略和流程，保持測(cè)試套件和文檔的全流程管理。現(xiàn)有的軟件工程方式已成功構(gòu)建了大型測(cè)試系統(tǒng)。

另外軟件架構(gòu)同樣可以通過(guò)組織和限制設(shè)計(jì)遵循幫助認(rèn)證過(guò)的Patterns，例如，LabVIEW中的Project templates和Actor Framework就是這種方法。

當(dāng)然，工具和開(kāi)發(fā)環(huán)境的改進(jìn)也有幫助。例如，通過(guò)LabVIEW NXG與DAQmx驅(qū)動(dòng)程序和DAQ硬件的集成更加緊密，使交互式探索和自動(dòng)化測(cè)量變得更加容易。

此外，專用工具可以通過(guò)減少定制開(kāi)發(fā)的需求來(lái)處理整體流程的復(fù)雜性。像TestStand這樣的專用工具可以處理應(yīng)用程序的標(biāo)準(zhǔn)部分，而只開(kāi)發(fā)您需要的自定義測(cè)試步驟。

通過(guò)NI提供的專用工具，加速軟件開(kāi)發(fā)和實(shí)施周期

第二種方法則是提高我們用于設(shè)計(jì)系統(tǒng)的抽象級(jí)別。對(duì)于目前復(fù)雜的系統(tǒng)，我們可以利用人工智能等方式提高抽象級(jí)別，可以減少人為的復(fù)雜性。想象一下你的車，如果您想要加速，使用自動(dòng)變速箱等更高級(jí)別的抽象比標(biāo)準(zhǔn)變速箱更簡(jiǎn)單，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)變速箱還需要額外的手腳配合進(jìn)行離合換擋。

兩年前，我們?cè)贚abVIEW中引入了Channel Wire，提高了通信并行處理設(shè)計(jì)的抽象級(jí)別。相比低級(jí)語(yǔ)言設(shè)計(jì)起來(lái)更容易，更明顯也更易于理解。實(shí)際上還有更多的工作可以進(jìn)一步提高LabVIEW的抽象級(jí)別。

采用Channel Wire，上位機(jī)與FPGA之間的通信只需要簡(jiǎn)單的連線即可實(shí)現(xiàn)

從歷史上看，我們的開(kāi)發(fā)理念都是首先著眼于使難題成為可能，然后再讓它們變得更容易。

NI已經(jīng)創(chuàng)建了跨越處理器和FPGA的測(cè)量應(yīng)用程序，現(xiàn)在是時(shí)候考慮提高抽象級(jí)別以增加便捷性了。

假設(shè)我們可以在LabVIEW中將FPGA表示為一個(gè)盒子。內(nèi)部的圖表代表部署到FPGA中，外部的圖表表示在處理器上運(yùn)行。它們之間的通道表示通信路徑，編譯器使用底層的FIFO和DMA資源來(lái)實(shí)現(xiàn)連接。

Target軟件體系結(jié)構(gòu)對(duì)于簡(jiǎn)化cRIO應(yīng)用和FlexRIO點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信應(yīng)用程序，甚至對(duì)于分布式應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)顯示出巨大的前景。

這是我們?yōu)樘岣叱橄蠹?jí)別而進(jìn)行的一個(gè)例子，如果我們能夠真正實(shí)現(xiàn)它，它將成為最先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)步。

如圖所示，未來(lái)可在一個(gè)軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)框架內(nèi)，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與FPGA的共同開(kāi)發(fā)

讓我來(lái)嘗試描述我們一項(xiàng)正在進(jìn)行的研究工作，它可以通過(guò)更加模糊且更高級(jí)的處理方式加速我們的設(shè)計(jì)流程。以一個(gè)麥克風(fēng)測(cè)量系統(tǒng)來(lái)舉例。

最開(kāi)始，我們勾勒出設(shè)計(jì)理念，包括展示要測(cè)試的麥克風(fēng)，提供激勵(lì)信號(hào)的揚(yáng)聲器，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的波形發(fā)生器，測(cè)量響應(yīng)信號(hào)的數(shù)字化儀器以及設(shè)置增益與頻率。

這種草圖經(jīng)常需要改進(jìn)，例如，當(dāng)我們?yōu)榱双@得更高的精準(zhǔn)性，需要測(cè)量激勵(lì)信號(hào)。

如果我們可以在LabVIEW中放置一個(gè)抽象設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)并編輯它的圖標(biāo)來(lái)表示麥克風(fēng)，用另一個(gè)圖標(biāo)來(lái)表示揚(yáng)聲器，為聲波添加一些剪貼畫(huà)，我們可以快速生成一個(gè)草圖。

作為項(xiàng)目的一部分，它需要一些文檔，但同樣提高系統(tǒng)層級(jí)的話，我們就可以把它當(dāng)做實(shí)施整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)點(diǎn)。

如果我們可以注釋導(dǎo)線以顯示激勵(lì)信號(hào)，作為連續(xù)步進(jìn)頻率波形，并且對(duì)采集輸出進(jìn)行注釋以顯示要分析的波形流，這將使抽象算法更為清晰。

我們還可以顯示將采集到的信號(hào)流分成時(shí)間間隔信息。

我們可以標(biāo)記這個(gè)抽象級(jí)別，并通過(guò)將生成節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展為波形計(jì)算和波形輸出來(lái)繼續(xù)改進(jìn)設(shè)計(jì)。

并將采集節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展為模擬輸入，將節(jié)點(diǎn)分割成塊。

現(xiàn)在我們意識(shí)到，只有當(dāng)我們有相同的時(shí)間參考時(shí)，這才會(huì)起作用，因此我們引入了一個(gè)開(kāi)始時(shí)間，于是開(kāi)始生成和采集同步。

在這一點(diǎn)上，我們發(fā)現(xiàn)我們忽略了一個(gè)重要問(wèn)題。由于聲傳播，來(lái)自麥克風(fēng)的信號(hào)將比刺激信號(hào)顯著延遲。于是我們決定通過(guò)在波形的開(kāi)始處生成一個(gè)特殊的脈沖并使用它來(lái)同步采集的信號(hào)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

當(dāng)我們語(yǔ)義縮放到更高級(jí)別的抽象添加測(cè)試項(xiàng)時(shí)，我們看到一條線，顯示共同開(kāi)始時(shí)間。

我們認(rèn)為它足夠重要，可以在此級(jí)別展示，因此我們可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。然后，我們添加連接以傳遞同步脈沖，并設(shè)置為在波形開(kāi)始處顯示。這時(shí)又會(huì)看到需要實(shí)施的新連接。

我們繼續(xù)完善波形輸出節(jié)點(diǎn)，并展示如何將同步脈沖發(fā)送到采集點(diǎn)上。

接下來(lái)可以改進(jìn)該節(jié)點(diǎn)以顯示同步脈沖被重新采樣并用于匹配采集的信號(hào)的同步。我們繼續(xù)以這種方式工作，一直到一個(gè)工作應(yīng)用程序完成，不斷進(jìn)行縮放，在一個(gè)層面上編輯并在其他層面上進(jìn)行配合修正，以符合一致性。

最終只通過(guò)一個(gè)開(kāi)發(fā)軟件，便可實(shí)現(xiàn)測(cè)試系統(tǒng)的搭建

這種豐富的設(shè)計(jì)環(huán)境將使用戶能夠創(chuàng)建易于理解和維護(hù)的系統(tǒng)。

在多個(gè)抽象層次上工作是解決復(fù)雜性的最有效方法，它可以逐步公開(kāi)和抽象語(yǔ)義細(xì)節(jié)，以便您可以更好地設(shè)計(jì)測(cè)量系統(tǒng)，并根據(jù)需求不斷演變。

正如Alan Kay所說(shuō)，“預(yù)測(cè)未來(lái)的最好方法就是創(chuàng)造未來(lái)。”

我們構(gòu)建的環(huán)境變得越來(lái)越復(fù)雜，這需要更復(fù)雜的測(cè)試和測(cè)量系統(tǒng)與之匹配。需要更復(fù)雜的工具來(lái)減少人為造成的復(fù)雜性并可提供更高級(jí)的抽象層設(shè)計(jì)。通過(guò)我們對(duì)產(chǎn)品的不斷改進(jìn)，將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)這一愿景。

我們希望提供不斷創(chuàng)新的工具，構(gòu)建未來(lái)所需的系統(tǒng)，NI的愿景一直都是如此。