安伯伯軒

在早期的單元裡有介紹Queue 和 Producer and Consumer 的應用: LabVIEW_多重迴路架構-Producer & Consumer架構教學範例、LabVIEW_Queue的教學_用法和範例 ，但在實務上這兩種用法可能又太簡單了，實際應用上，往往步驟複雜且多元，所以這篇用LabVIEW的template-Producer/Consumer Design Pattern (Events)作範例修改成以個彈性較大的模板。

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這個範例，有兩種模式分別的功能如下:

• Start All : 打開 燈1、燈2、燈3
• Start 3+1 : 打開 燈3、 燈1

可以看出這兩種模式有相同的功能: 燈1、燈3，但是順序不同，在第2種模式(Start 3+1)時必須先開燈3再開燈1，這樣子重複性高、順序跳躍的形式，使用State Machine並不適合，因為要使用太多的Case去區隔不同的模式。

這個範例使用Script(劇本)的概念來運作，將每個"功能"都當作劇本中的一個小章節，不同的模式則選用不同的章節來完成:

• Script 1 : 打開燈1、打開燈2、打開燈3
• Script 2 : 打開燈3、 打開燈1

實際上的程式:

當Start 3+1 的按鈕被啟動後。會觸發 Producer Loop(上 Loop) 的"Start 3+1 Script"，而Consumer Loop(下 Loop) 會接收到做"Start 3+1 Script"劇本，並發出指令集"Off All"、"Light 3"、"Light 2"。

Function: Off All、Light 1、Light 2、Light 3、Stop

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這篇介紹Producer/Consumer是什麼、應用時機和範例使用。Producer/Consumer 設計模式以 Master/Slave 模式為基礎，旨在增強以不同速率運行的多重迴路之間的數據共享。與標準的Master/Slave設計模式一樣，Producer/Consumer 模式用於分解以不同速率生成和使用數據的進程。

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使用Producer/Consumer的時機是要處理多個流程時候，同時每項程序又有迭代效應(前後影響、依序執行)。

使用這種模式的好處是在每個應用程序之間，擁有Queue做緩衝通信，當有多個進程以不同的速度運行時，進程之間的緩衝通信(Queue)是非常有效率的辦法。例如，一個應用程序有2個回圈。第一個迴圈執行數據採集，第二個迴圈取得該數據並將其放置在網絡上。第一道迴圈的速度是第二迴圈的三倍。如果Producer/Consumer設計模式用於實施這個應用程序，數據採集過程將作為Prosucer，網絡處理為消費者(Consumer)。通過足夠大的Queue（緩衝區），Consumer可以依序處理網路數據的上載動作，這種緩衝數據的能力將使數據丟失最小化。

下面使用圖檔來做解釋:

Producer用較快的處理，Consumer為較慢的應用

簡而言之，總結: Producer/Consumer建議使用在兩個Loop有時間差的應用，舉例(1)Producer相機快速的照相，Consumer慢速存檔 (2)Producer快速資料擷取，Consumer慢速人機整理呈現...等。

Producer /Consumer 架構可以直接New...-->From Template-->Producer/Consumer Design Pattern中呼叫既有的模板來使用。

LabVIEW 內建的模板有兩種，

一種是使用單純資料在Producer/Consumer中傳遞的Data類

另外一種是搭配Event強調人機互動的偵測(Event)。

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這篇介紹基本LabVIEW Queue的功能用法，Queue可以搭配其他功能發展成專案的架構使用。例如之前介紹過的: LabVIEW_Queued Enum Handler + Variant 架構介紹範例分享、LabVIEW_Queue State Machine with User Event程式架構介紹 都是利用Queue的FIFO特性發展成的不同架構。這篇介紹幾個基本的Queue功能: (Obtain Queue、Dequeue Element、Enqueue Element、Enqueue Element At Oppsite End、Release Queue) 。並有簡單的應用範例可以下載。

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Obtain Queue:

Obtain Queue必填的為Queue的資料型態(Element data type)，這個是整個Queue中傳遞的資料型態，可以是任意型態，例如說Boolean、String、Numeric...，最為通用的還是使用Variant做為傳遞資料，讓資料型態不受限制，關於使用Variant 方法可以參考: LabVIEW_Queue State Machine with User Event程式架構介紹 。

Max Queue Size 在初設時是不限制數量大小，可以自由設定數字作為佇列大小的限制。

Name 填入這個Queue的命名，在同一個程式中若使用許多Queue可以用Name來區隔，值得一提的是，若是在不同的VI 中使用同一個名字的Queue，LabVIEW會認定為同一個Queue，可以使用同個Name的Queue來做跨VI中資料的傳遞。如下圖，Main VI做Enqueue的動作將資料放入佇列，而SubVI做Dequeue將資料從佇列取出。

Enqueue、Dequeue Element、Enqueue Element At Opposite End

Enqueue是將資料放入佇列中，而Dequeue是遵循(先入先出)FIFO的順序將資料取出，也就是說如下圖，Enqueue Element時從號碼1、2、3、4依序放入，1號是最先進入佇列的資料，則在Dequeue時也會是1號最先被解出，這就是FIFO的資料流型態。

有些應用，例如說要強制停住程式時，會使用到Enqueue Element At Opposite End，剛剛提到Dequeue遵循先入先出(FIFO)的資料流型態，Dequeue時也會是1號最先被解出，若這時候要將資料5變成優先解出，這時候就會需要Enqueue Element At Opposite End 將資料從反方向放入佇列，讓資料強行的優先被取出。

Release Queue

Release Queue通常用在程式的最後，也就是程式要關閉的時候，Release 後的Queue就無法作用，這時候做Enqueue、Dequeue或是其他功能都會出現Error訊息。但是有一種情況例外，就是在Obtain Queue時提到，Queue可以用同個名字在不同地方呼叫，使用Release Queue只能釋放其中一支的Queue，除非將Force Destory改成True，才會將全部的Queue釋放。

Example:

下載範例可以參考如何使用這些元件；包含如何使用同名字呼叫同一個Queue、和使用Enqueue Element At Opposite End的方法和實作結果。

Enqueue Element At Opposite End:

Obtain Queue使用同名字

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在LabVIEW的Project Template中已經新增"Queued Message Handler"(簡稱QMH)，QMH主要是利用Message Queue+Variant +User Event這些元素來架構而成，對於新手來看這個架構可能會讓人卻步，這篇介紹"簡易版"的QMH架構，去掉User Event，並單純化元件，讓初學者能夠了解QMH的架構精神和應用方法。在學習LabVIEW架構的起手式-State Machine後，Queue 架構是緊接著必學的程式架構技巧，這篇使用State Machine學習過的Enum元件搭配Queue使用，比起State Machine，Queue在Case輪轉中，增加架構的彈性，讓程式更為簡易好閱讀。若對Queue的元件不是很熟悉，也可以參考之前的文章，只使用Queue+Event的架構:LabVIEW_Queue State Machine with User Event程式架構介紹。

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範例人機介紹:

這篇範例使用類似CLD的範例題目Car Wash來做講解，人機畫面中，上半部是輸入的訊息，下半部是顯示訊息；為了展示Variant的彈性，特別增加了手動填入的"會員車號"的字元輸入。

功能方面，人機介面上使用者可以選擇"普通會員"或是"高級會員"選項然後選擇Start開始。若是為普通會員，會做的程序為"高壓沖水+泡沫洗車+全車擦乾"；而高級會員則使比起普通會員多了"高級打蠟"。

人機下面的顯示目前進行中的程序。

範例程式重點介紹:

在程式一開始使用Enqueue Element加入Initialize的程序，讓程式可以在一開始跑的時候就執行初始化程式，確保人機介面、傳遞值還原到初始值。

Producer Loop:

Producer Loop使用Event偵測觸發事件，將須傳遞/顯示的項目轉變為Variant傳遞到下方的Consumer Loop做運算/顯示，轉換成Variant後，讓Queue的格式統一為Variant，讓傳遞的資料更為彈性。

特別說明一下，將資料傳遞到Consumer做顯示可能在這範例顯得多此一舉，但是若是應用複雜時，就顯得特別重要，例如，不同觸發條件都需要更新項目，若是不使用Cosumer做統以元件的更新，就會需要使用到多個Local Variable，又或是需要更新大量的資料，造成更新時Event無法做偵測 (因為Event Case沒有完成不會繼續一下一個case)...等情況。

結束程序使用 "Enqueue Element At Oppsite End"元件，讓End程序可以優先被處理。

在Queue中Enqueue從左加入Queue的程序，Deque從右取出程序，這是依照FIFO的處理程序，也就是先進先出程序。

而Enqueue Element At Oppsite End，是將程序從右邊加入，這樣Dequeue時就會先拿到新加入的項目。

Consumer Loop:

將傳遞的資料依照Case做不同的資料拆解，Vairant to Data即是將資料依照定義的資料型態做轉換，這範例根據資料轉換成文字、Ring。

根據使否為高級會員而給不同的Queue 程序，這裡是為了強調Queue的好處，使用Array增加Queue的程序，簡易的新增、減少程序的步驟。

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這篇延續上一篇的State machine程式架構介紹(LabVIEW_State Machine(狀態機)程式架構介紹)，State machine眾所皆知是LabVIEW初學中很重要的程式架構之一，但是他卻有些限制，最主要的就是他每次都只能輪轉一個case。在中小型複雜的程式需求中，會慢慢發現state machine在此彈性上的不足，使用Queue+State machine的搭配，可以一次增加或減少數個case到Queue的buffer中，這樣序列的程序堆疊，可以讓程式活用度更高。

這篇的進階為LabVIEW_Queued Enum Handler + Variant 架構介紹範例分享，介紹並分享一個Queue搭配Variant的用法，讓架構更為彈性，若這篇已經學習會了就可以以學習搭配Variant使用。

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和State Machine一樣，Queue State Machine 的重要元素有: While loop、Shift Register、Case Satement、Case Selector

另外加上:

• Queue
• Concumer loop

比起原本經典的State machine架構，Queue State Machine，更強調人機的互動性，強調人機觸發事件。而事件產生Queue堆疊功能。

這裡找到一個由 Wes P  在NI的官方論壇中發表的一篇文章Queued State Machine with User Input，有一個Queue State Machine的程式給大家參考程式如何撰寫，建議直接下載這個範例，實際跑一次比較懂接下來解釋的項目。

程式碼:

上面的Producer Loop主要負責Event的事件觸發，觸發後將Queue傳到下方的Consumer Loop，而下面的Consumer LOOP則是依照先進先出(FIFO)的原則，解析Queue的動作項目。

Queue的FIFO先進先出原則，如下圖，Enqueue時程序從左邊進入佇列，Dequeue時，從右邊解析佇列。所以先進入的"1"佇列會先被Dequeue出來。

在這範例中，有幾個要注意的地方提醒一下:

為了讓程式能及時停下，這裡作者使用Flush讓程式強制清掉Queue中的buffer；但是在較為複雜的程式中，Enqueue的地方更多，要先確保Queue中沒有Buffer才能增加shutdown的Queue，確保除了Shutdown的其他case都已經被清除掉了。

其他參考資料:

• https://forums.ni.com/t5/Example-Program-Drafts/Queued-State-Machine-with-User-Input/ta-p/3497450
• https://forums.ni.com/t5/LabVIEW/Queued-State-Machine/td-p/1104479
• Using a State Machine (Event Driven) Architecture
• Tutorial: State Machines
• Application Design Patterns: State Machines
• LabVIEW Pro討論

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