LabView 2010 Grafisches Programmierwerkzeug

LabView wird seit 24 Jahren von National Instruments immer wieder weiterentwickelt. In den letzten Jahren setzt die Firma dabei immer mehr auf die Einbeziehung ihrer Kunden, die ihre Ideen und Wünsche einbringen können. Einer von mehreren Wegen dafür ist die unter ni.com erreichbare LabView Idea Exchange, in der Anwender ihre Verbesserungsvorschläge veröffentlichen können, über die dann von anderen Mitgliedern der LabView-Gemeinde diskutiert und abgestimmt wird. Einige der am höchsten bewerteten Vorschläge wurden nun in LabView 2010 verwirklicht. Dazu zählen unter anderem besser unterscheidbare boolsche Konstanten und Beschriftungen für Drähte auf dem Blockdiagramm, aber auch kleine Änderungen wie die Erhöhung der Anzahl von Schritten, die rückgängig gemacht werden können. Diese Verbesserungen ließen sich alle mit geringem oder moderatem Aufwand für die LabView-Entwicklungsabteilung verwirklichen und stellen nur den Auftakt für diese Art der Zusammenarbeit dar. Anwender sind auch weiterhin aufgerufen, ihre Vorschläge – egal wie umfangreich – in die Idea Exchange einzubringen und dort abzustimmen, um die Programmierumgebung auch in der nächsten Version noch ein bisschen besser zu machen. Compiler-Optimierung Während die Community-Vorschläge die Produktivität für die Anwender erhöhen sollen, haben die Entwickler auch viel Zeit in die Verbesserung der Leistung der geschriebenen Programme investiert. Dafür wurden in LabView 2010 beträchtliche Änderungen am Compiler vorgenommen, an dem Stück Software also, welches den grafischen Programmcode in ausführbaren Maschinencode für die jeweilige Plattform umwandelt. Dies passiert in mehreren Schritten: Zunächst wird der Code des Blockdiagramms mit seinen Funktionen, Strukturen und Drähten in eine sogenannte Zwischendarstellung, die Dataflow Intermediate Representation (DFIR), überführt. Dies geschieht deswegen, weil der grafische LabView-Programmcode zwar für Menschen intuitiv leicht zu verstehen ist, der Rechner für eine effiziente Verarbeitung aber eine andere Sicht auf den Code benötigt. In der DFIR-Darstellung kann der Compiler nun erste Optimierungen vornehmen – dazu zählt z.B. die Entfernung unnötigen Codes, der im Programmablauf nie erreicht werden kann, oder das sogenannte \’Clumping\‘, mit dem Programmbestandteile identifiziert werden, die unabhängig voneinander sind und damit parallel ablaufen können. Diese DFIR-Optimierungen gab es schon in LabView 2009, sie wurden für die aktuelle Version jedoch nochmals verbessert und ausgebaut. Ein komplett neuer Bestandteil der Compiler-Kette folgt nach den DFIR-Modifikationen die Codegenerierung mit Hilfe der Low Level Virtual Machine (LLVM). Die alte, sehr einfach aufgebaute LabView-Codegenerierung, also die Umsetzung in Maschinencode, wurde in Version 2010 durch das quelloffene Projekt LLVM ersetzt. Dieser hochoptimierte Compilerbaustein wurde ursprünglich an der University of Illinois entwickelt und wird mittlerweile in vielen Industrie- und Forschungsprojekten verwendet, unter anderem in Produkten von Apple, Adobe und NVIDIA. Durch zahlreiche Algorithmen und Techniken wird dabei leistungsfähiger für die jeweilige Rechnerarchitektur wie x86 oder PowerPC optimierter Code erzeugt. In speziellen Fällen, z.B. bei der Berechnung von Matrizen mit Hilfe von Vektoralgebra, konnten durch die neue Compiler-Infrastruktur erstaunliche Leistungsverbesserungen von bis zu 400% erzielt werden. Im Durchschnitt bringen die Optimierungsmaßnahmen für ein LabView-Programm 20% bessere Ausführungsleitung – wohlgemerkt ohne Änderungen am grafischen Programmcode. FPGA IP Integration Node LabView kann mit zahlreichen Toolkits und Modulen erweitert werden, die Software-Bibliotheken für bestimmte Anwendungsgebiete enthalten oder die Nutzung von spezieller Hardware ermöglichen. Eines dieser Module ist das LabView FPGA Module, welches alle notwendigen Funktionen für die Einbindung von FPGAs, also programmierbaren Logikchips, in LabView enthält. Normalerweise müssen FPGAs mit Hardware-Beschreibungssprachen wie VHDL oder Verilog programmiert werden, wofür meist Spezialisten benötigt werden. Mit Hilfe von LabView können auch Anwender, deren Fachgebiet nicht der Halbleiter-Schaltungsentwurf ist, die FPGA-Technologie nutzen, die die Ausführung von Algorithmen direkt in Hardware mit entsprechender Geschwindigkeit und Stabilität ermöglicht. Zu den in bisherigen Versionen schon vorhandenen Möglichkeiten zur Nutzung von FPGAs kommt in LabView 2010 der sogenannte IP-Integrationsknoten hinzu. Damit ist es einfach möglich, bestehendes Intellectual Property, also z.B. schon vorhandene VHDL-Bibliotheken oder zugekaufte Komponenten, in den grafischen LabView-Code einzubinden. Auch Module, die mit dem Xilinx Core Generator und seiner umfangreichen Bibliothek erzeugt wurden, können damit verwendet werden. Die Nutzung ist einfach – nach der Platzierung des IP-Integrationsknotens öffnet sich ein Assistent, der den Anwender durch den Import der Dateien und die Anpassung der Schnittstellen führt. Webbasierte Hardware-Konfiguration Ein weiteres Erweiterungsmodul ist das LabView Real-Time Module. Es erlaubt die Programmierung von echtzeitfähigen Applikationen, die auf den unterschiedlichen Echtzeit-Hardwareplattformen von National Instruments ausgeführt werden können. Die Spanne von verfügbaren Echtzeit-Systemen reicht von leistungsfähigen Industrie-PCs für automatisierte Prüfstände bis hin zu kompakten, stromsparenden Systemen für Steuer- und Regelaufgaben. Alle diese Systeme haben gemeinsam, dass sie für die Einrichtung und Programmierung per Ethernet angebunden werden. Bisher war für die Konfiguration eine spezielle, auf Windows-Rechnern zu installierende Software notwendig. Zusammen mit LabView 2010 wurde nun die webbasierte Hardwarekonfiguration eingeführt. Damit kann direkt vom Webbrowser aus auf das passwortgeschützte Gerät zugegriffen werden – genauso, wie man es z.B. von DSL-Routern kennt. Eigenschaften wie die IP-Adresse des Gerätes oder die Uhrzeit lassen sich so einfach verändern, ohne dass ein Rechner mit dem kompletten Entwicklungssystem benötigt wird. Ethernet cDAQ