LabVIEW和TestStand中調(diào)用Python編程

劉規(guī)劃

摘要：為了采用Python編程來完成計算機(jī)測試測量任務(wù)，對LabVIEW和TestStand編程環(huán)境中調(diào)用Python編程的工具和方法進(jìn)行了研究。介紹了在LabVlEW中通過LabPython模塊、Python集成工具包、Python生成的動態(tài)鏈接庫和LabVIEW2018內(nèi)置函數(shù)節(jié)點調(diào)用Python腳本的方法，以及在TestStand中通過調(diào)用Python生成的動態(tài)鏈接庫、由LabVIEW封裝Python模塊生成的VI和通過TestStand附加軟件工具調(diào)用Python腳本的方法。結(jié)合Python代碼實列，分析了在程序調(diào)用中的關(guān)鍵配置信息及步驟，給出在LabVIEW中和TestStand中調(diào)用Python的數(shù)據(jù)類型對應(yīng)關(guān)系，推薦了相應(yīng)的調(diào)用Python代碼的方式。

關(guān)鍵詞：LabVIEW;TestStand;Python;調(diào)用;動態(tài)鏈接庫

中圖分類號：TP311.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8228（2020）07-54-05

0引言

Python是一種解釋型、面向?qū)ο?、動態(tài)數(shù)據(jù)類型的高級計算機(jī)程序設(shè)計語言。近幾年隨著人工智能應(yīng)用的火熱，Python語言在大數(shù)據(jù)、圖像識別、深度學(xué)習(xí)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。而在計算機(jī)測試測量領(lǐng)域，則更多地使用TeststaJld結(jié)合LabvIEW編程，實現(xiàn)通信、數(shù)據(jù)采集、信息交互等功能。鑒于Python的易用、免費(fèi)、具有豐富的庫資源以及在數(shù)據(jù)處理和協(xié)議分析方面的優(yōu)勢，使用TeststaJld和LabvIEw調(diào)用Python模塊快速實現(xiàn)自動化測試，會越來越多地應(yīng)用到實際的測試項目中，這也是近年來使用圖形化編程工具的用戶群呼聲最高的熱點技術(shù)之一。因此，研究并發(fā)掘LabVlEW和TeststaJld中各種調(diào)用Python編程的工具和方法，找到更佳、更便捷的調(diào)用方法，對于自動化測試腳本程序編寫，具有很好的實用價值。

1LabVlEW中調(diào)用Pvthon模塊

LabvIEW是由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的一種圖形化程序開發(fā)環(huán)境，是開發(fā)計算機(jī)測量與控制軟件的理想選擇。LabVIEW調(diào)用Python模塊通常有四種方法，每種調(diào)用方法在使用前都需要先安裝Pymon開發(fā)環(huán)境并配置環(huán)境變量。

1.1通過LabPython模塊調(diào)用

LabPymon是免費(fèi)的OpenG工具庫中的子模塊，它是一個執(zhí)行Python腳本的LabVIEW工具，內(nèi)含一套調(diào)用Python腳本的函數(shù)節(jié)點。使用LabPython模塊來將Python程序引入LabVlEW中，可以使用市面上現(xiàn)有Python工具庫，方便LabVlEW編程。

通過VIPM可以安裝OpenG工具庫，安裝后LabPython函數(shù)選板會集成到User.1ib庫中，用戶可以在View→FunctionPalette→User Libraries→LabPython位置找到它，并可使用LabPython函數(shù)選板中列出的常用函數(shù)節(jié)點。實際使用LabPython工具庫調(diào)用Python腳本編寫應(yīng)用程序時，LabPython功能并不專業(yè)且僅支持LabVIEW2009以前版本和Python2.x版本，故本文不推薦使用也不過多探討。

1.2通過Python集成工具包調(diào)用

PythonIntegration Toolkit for LabVlEW是由En-thought公司開發(fā)的商業(yè)軟件，它為Python和LabVlEW提供了一個新的無縫聯(lián)接的方式。使用該工具包可以在Python和LabVIEW程序間實現(xiàn)快速的雙向通信，通過集成工具包中的工具節(jié)點可從LabV～W中直接調(diào)用Python函數(shù)或方法，加載Python腳本到內(nèi)存中。開發(fā)者可并行運(yùn)行Python和LabVIEW，為調(diào)用的函數(shù)傳遞參數(shù)，并從Python解釋器中得到響應(yīng)。

集成工具包函數(shù)選板中包含了調(diào)用Python腳本的函數(shù)節(jié)點，常用的函數(shù)節(jié)點包括New Session，Pack，GetValue，Set Value，Call，Unpack，CloseSession等。使用LabPython中的函數(shù)編寫調(diào)用Python模塊的方法和LabVlEW常規(guī)編程方法一致。調(diào)用Python腳本創(chuàng)建應(yīng)用程序時首先使用NewSession.vi函數(shù)節(jié)點創(chuàng)建引用Python模塊的會話，然后用Pack.vi函數(shù)節(jié)點傳遞參數(shù)數(shù)據(jù)給Python腳本，接著用Call.vi指定調(diào)用的Python函數(shù)或方法的名稱并執(zhí)行調(diào)用，再從Python解釋器中取回執(zhí)行結(jié)果，最后關(guān)閉會話。編寫調(diào)用Python腳本的應(yīng)用程序如圖l。

該工具包是收費(fèi)的商業(yè)軟件，兼容Python2.x和Python3.x版本，調(diào)用Python腳本比較便捷，其功能比LabPython強(qiáng)大。但Enthought集成工具包產(chǎn)品由Enthought公司提供支持，NI并不直接提供技術(shù)支持/服務(wù)。由于是商業(yè)收費(fèi)軟件且價格不菲，LabVIEW/Python集成工具包并不常用。

1.3通過Python生成動態(tài)鏈接庫調(diào)用

動態(tài)鏈接庫（DLL）是軟件開發(fā)中一種非常重要的跨語言協(xié)作方式。把Python語言寫成的腳本編譯成DLL，能夠提供給諸如c++、c#、LabVIEW等編程語言調(diào)用，這能夠在很大程度上提高軟件的開發(fā)效率。但是，雖然Python可以調(diào)用其他語言生成的動態(tài)庫，Python作為一種腳本語言，本身是不能直接編譯生成動態(tài)庫的。為了生成動態(tài)庫，可以借助Cython，將Python腳本變成c語言文件并創(chuàng)建DLL。具體如何使用Cython把Python程序創(chuàng)建生成為DLL的過程，可以參考Cython官網(wǎng)相關(guān)資料，本文不展開闡述。

LabVIEW語言是一種圖形化編程語言，結(jié)合DLL這種跨語言的編程協(xié)作，可以大大彌補(bǔ)它固有的不足，比如一些復(fù)雜算法處理。LabVIEW中調(diào)用由Python創(chuàng)建生成的DLL的方法和調(diào)用其他編程語言生成的DLL的方法并無本質(zhì)區(qū)別?？梢允褂肔abVlEW函數(shù)選板中Functions→Connectivity→Libraries&Executables下的Call Library Function Node函數(shù)節(jié)點。把CallLibrary Function Node函數(shù)節(jié)點放置到LabVlEW框圖編程區(qū)域，雙擊打開節(jié)點，在彈出的窗口中配置調(diào)用庫函數(shù)節(jié)點，如圖2所示。

以調(diào)用目標(biāo)函數(shù)Test（）為例，Test（）函數(shù)功能是實現(xiàn)取模運(yùn)算并返回結(jié)果，函數(shù)原型見下面Python代碼：def Test（a，b）：

Mod-Value=a%b

return Mod——Value

首先在圖2的函數(shù)選項卡中配置庫文件和庫函數(shù)，在Libraucname or path中選擇需要調(diào)用的SharedLib.DLL文件，在Funcfionname下拉框中選擇需要調(diào)用的目標(biāo)函數(shù)Test（）。由于是使用Cython把Python腳本生成為DLL，而Cython底層就是由c語言實現(xiàn)，所以在Callingconvention調(diào)用規(guī)范中仍選用c。然后在參數(shù)配置選項卡中分別為各個參數(shù)指定數(shù)據(jù)類型，并選擇參數(shù)傳遞方式為傳值或傳參嘲。退出Call Library Function窗口后，為輸入?yún)?shù)賦值，運(yùn)行LabVIEW程序，即可執(zhí)行Python編寫的腳本函數(shù)。

需要特別指出的是，對于使用ActiveX/COM技術(shù)類型的DLL，需要先使用resvr32.exe命令注冊，然后才可以調(diào)用DLL并使用其內(nèi)部的函數(shù)。

1.4通過LabVlEW2018內(nèi)置Python節(jié)點函數(shù)調(diào)用

自LabVlEW2018版開始，新版LabVlEW提供了三個可以調(diào)用Python腳本模塊的接口函數(shù)，位于函數(shù)選板Functions→Connectivity→Python位置。開發(fā)者擁有LabVIEW2018許可證后，這三個接口函數(shù)是默認(rèn)免費(fèi)提供的。由于是NI官方提供的LabVlEW中調(diào)用Python接口方式，其幫助文件和開發(fā)范例程序都比較完善。這是本文推薦的一種直接調(diào)用Python模塊的較好方式。

LabVIEW2018中提供的調(diào)用Python的相關(guān)函數(shù)有三個，分別是：①Open Python Session，用于打開Python引用，為后續(xù)的操作程序創(chuàng)建Python會話;②Python Node，用于調(diào)用Python腳本模塊，并指定所調(diào)用的Python模塊的函數(shù);③Close Python Session，用于關(guān)閉Python會話，以免內(nèi)存泄漏。

LabVIEW2018中使用這三個函數(shù)調(diào)用Python腳本需要Python3.6或Python2.7開發(fā)環(huán)境，Python版本號需要在調(diào)用Python模塊時正確配置。另外，Python和LabVIEW的數(shù)據(jù)類型的匹配有嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系，如表l所示。在LabVIEW2019版中新增加了對NumPy庫的Array數(shù)據(jù)類型的支持。

基于Python3.6版本編寫一個計算斐波那契數(shù)列的函數(shù)，保存為UTF-8格式并命名為FibSeq.PY，源代碼如下。

以LabVIEW2018內(nèi)置的Python節(jié)點調(diào)用FibSeq.PY內(nèi)的Fib（n）函數(shù)為例，先使用OpenPythonSession節(jié)點打開一個會話，并配置腳本解析環(huán)境為Python3.6版本，確保輸入的Python版本號數(shù)據(jù)類型為字符串;然后采用PythonNode函數(shù)節(jié)點調(diào)用指定路徑下的Python模塊，并輸入函數(shù)名Fib和參數(shù)值n，同時輸出函數(shù)返回值;最后用ClosePythonSession關(guān)閉會話。LabVIEW編寫的框圖程序如圖3所示。

2Testsland中調(diào)用Python模塊

TestStand是一款測試管理軟件，用于開發(fā)、執(zhí)行和部署計算機(jī)測試系統(tǒng)軟件。TestStand中調(diào)用Python模塊通常有3種方法。與在LabVIEW中調(diào)用Python模塊類似，需要先安裝Python開發(fā)環(huán)境并配置環(huán)境變量。

2.1TestStand直接調(diào)由Python生成的DLL

前文提到，可以借助Cython將Python腳本變成c語言文件并生成動態(tài)鏈接庫。同樣，也可以通過這種方式在TestStand中調(diào)用由Python腳本生成的DLL。

由于代碼模塊是DLL，在TestStand的插入面板中，模塊適配器類型選擇為C/C++DLL。在Module選項卡內(nèi)選定需調(diào)用的DLL路徑后，F(xiàn)unction下拉列表中會自動枚舉出該DLL所有的函數(shù)名稱，選擇DLL中的函數(shù)名，然后該函數(shù)對應(yīng)的輸入輸出參數(shù)就列出在參數(shù)列表內(nèi)，選中一個參數(shù)，可以在右側(cè)參數(shù)屬性配置區(qū)域為該參數(shù)配置相應(yīng)的屬性，如參數(shù)類型，參數(shù)傳遞方式等。如圖4所示。最后為DLL內(nèi)函數(shù)的輸入輸出參數(shù)配置對應(yīng)TestStand內(nèi)設(shè)定的變量名，并且在Limit選項卡中設(shè)定測試結(jié)果的判定條件。

這種調(diào)用方式占用資源少，代碼執(zhí)行效率也很高，適用于采用Python語言實現(xiàn)復(fù)雜算法函數(shù)的調(diào)用。

2.2TestStand調(diào)用由LabVIEW封裝Python模塊創(chuàng)建的VI

TestStand調(diào)用由LabVIEW創(chuàng)建的vI來編寫測試序列是開發(fā)者常用的方式，也是對NI自動化測試測量軟件生態(tài)環(huán)境的充分應(yīng)用。如前文所述，既然LabVIEW中有多種方式可以調(diào)用Python腳本模塊，那么TestStand中調(diào)用由LabVIEW封裝Python模塊后創(chuàng)建的Ⅵ，就成為另外一種TestStand結(jié)合Python語言編程的途徑。

首先，在TestStand的序列編輯器中，通過工具條中的選擇適配器下拉列表來選擇模塊適配器為LabVIEW。模塊適配器的作用在于能夠讓TestStand正確識別并執(zhí)行LabVIEW代碼模塊，它在TestStand引擎和LabVIEW代碼模塊之間提供了一條通道，TestStand可以傳遞參數(shù)給LabVIEW代碼模塊，并從LabVIEW代碼模塊獲取數(shù)據(jù)。確定模塊適配器后，在步驟類型中選擇需要的測試步驟類型插入到序列程序中，并在步驟設(shè)置窗格中完善輸入輸出參數(shù)的數(shù)據(jù)傳遞配置。這樣即可在TestStand中加載LabVIEW封裝Python模塊的vI。

2.3通過PythonStep Types for TestStand軟件工具調(diào)用

NI于2018年8月發(fā)布了一個TestStand的附加軟件工具包Python Step Types for TestStand V1.0，支持TestStand2014/2016/2017。它是一組有NI官方開發(fā)的自定義步驟類型，可用于在TestStand程序序列中指定并執(zhí)行Python腳本。通過Python Step Types forTestStand工具庫中的Python步驟類型，可以調(diào)用Python模塊函數(shù)、類成員或靜態(tài)函數(shù)。Python StepTypes for TestStandVl.0支持的Python開發(fā)環(huán)境是Python3.6或Python2.7，需要在調(diào)用Python模塊時對Python版本號正確配置。

開發(fā)者可以在Python中實現(xiàn)特定的處理計算功能，并使用參數(shù)變量在步驟之間傳遞數(shù)據(jù)。為負(fù)責(zé)傳遞數(shù)據(jù)的輸入輸出參數(shù)配置屬性時，選擇TestStand和Python之間相匹配的數(shù)據(jù)類型。表2是TestStand和Python之間的數(shù)據(jù)類型匹配關(guān)系。

安裝Python Step Types for TestStand VI.0后，TestStand2016插入選板中包含五個自定義步驟類型，分別是Action，String Value Test，Multiple NumericLimit Test，Numeric Limit Test和Pass/Fail Test步驟類型。以Multiple Numeric Limit Test步驟類型為例，用Python3.6編寫一個函數(shù)，將多個值以列表形式返回，保存該模塊名為SampleFunction.PY，代碼如下：

然后采用PythonStepType中的Multiple NumericLimit Test步驟類型，調(diào)用SampleFunction.PY模塊內(nèi)samplefunction函數(shù)。打開該步驟類型所提供的ConfigurePythonStep界面，如圖5所示。指定Python解析器版本為3.6并選擇調(diào)用Python模塊的路徑，F(xiàn)unction Name下拉列表區(qū)域?qū)⒆詣用杜e出此Python模塊內(nèi)部包含的函數(shù)，然后選擇調(diào)用的函數(shù)，則此函數(shù)相應(yīng)的參數(shù)會出現(xiàn)在參數(shù)列表中，可以為參數(shù)配置匹配的數(shù)據(jù)類型和TestStand變量。

對于函數(shù)返回的列表，若列表中的每個值都需要比較是否符合要求，Multiple Numeric Limit Test步驟類型則可以將列表中的每個數(shù)值和限值進(jìn)行比較，以決定該步驟的測試結(jié)果是否合格。在參數(shù)配置窗口中，函數(shù)返回的列表數(shù)據(jù)類型使用TestStand中數(shù)組類型相匹配。

最后為Python輸入的參數(shù)值指定數(shù)據(jù)源并設(shè)置每個數(shù)據(jù)源的上下限值。運(yùn)行TestStand可執(zhí)行Python腳本內(nèi)的samplefunction函數(shù)，并得到返回值?；赑ython Step Types for TestStand工具在TestStand2016中調(diào)用Python腳本的方便快捷，代碼執(zhí)行效率高，推薦使用此方法。另外，在TestStand2019版中，Python適配器已經(jīng)被內(nèi)置在TestStand中，用于提供從TestStand調(diào)用Python代碼模塊的高級功能。由此可以預(yù)見，Python語言將在基于TestStand的自動化測試軟件中發(fā)揮更重要的作用。

3結(jié)束語

本文詳細(xì)闡述了目前LabVIEW和TestStand調(diào)用Python腳本編程的工具和方法，結(jié)合Python代碼實例及實際應(yīng)用經(jīng)驗，指出了在LabVlEW中推薦采用LabVlEW2018內(nèi)置Python節(jié)點函數(shù)調(diào)用Python代碼模塊，而在TestStand中推薦采用PythonStep Typesfor TestStand軟件工具包調(diào)用Python代碼模塊。

當(dāng)前隨著全球各大公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型以及業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，一個項目從開發(fā)出產(chǎn)品原型到測試驗證完成，要求的時間周期越來越短，除需要軟硬件開發(fā)人員快速地開發(fā)出原型產(chǎn)品外，也要求測試驗證人員快速搭建自動化測試系統(tǒng)，并盡快編制測試腳本以完成測試驗證。而Python的簡單易用，現(xiàn)成可用的豐富資源庫等特點，正是這種應(yīng)用場景所需要的，再結(jié)合NI公司豐富的測試工具資源庫，相互配合應(yīng)用到LabVlEW和TestStand中，將會使測試人員搭建自動化測試系統(tǒng)變得越來越快速便捷，能更快適應(yīng)當(dāng)前新形勢下的研發(fā)測試需要。