LabVIEW如何方便地调用DLL文件

转自：http://bbs.elecfans.com/jishu_469502_1_1.html

 

LabVIEW调用DLL文件

　　LabVIEW支持通过调用DLL文件的方式与其它编程语言混合使用。比如，在实际的工程项目中，用户可以用C++语言实现软件的运算部分，并把这些功能构建在DLL文件中，然后再使用 LabVIEW编写程序的界面部分，并通过调用编写好的DLL来调用运算部分的功能。

　　LabVIEW 中是通过Call Library Function Node（CLN）节点来完成DLL文件调用的。创建一个新的VI，右击程序框图，在Functions Palette中依次选中Connectivity——Libraries&Executables工具栏即可找到该节点（图1）。

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图1 Call Library Function Node

　　将节点放置在程序框图中，双击会出现它的配置对话框，共有四页。第一页用于填写被调用函数的信息（图2）。Library name or path需给出DLL文件名和路径，操作系统路径下的DLL文件，直接输入文件名也可调用，否则必须输入全路径。在这里已经给出名字的DLL是被静态加载到程序中的，也就是说当调用了这个DLL的VI被装入内存时，DLL同时被装入内存。LabVIEW也可动态加载DLL，只要勾选上Specify path on diagram的选项即可。选择了这个选项，在 Library name or path中输入的内容就无效了，取而代之的是CLN 节点多出一对输入输出，用于指明所需要使用的DLL的路径。这样，当VI被打开时，DLL不会被装入内存，只用程序运行到需要使用这个DLL中的函数时，才把其装入内存。Function name是需要调用的函数的名称，LabVIEW会把DLL中所有的暴露出来的函数都列出，用户只要在下拉框中选取即可。Thread栏用于设定哪个线程里运行被调用的函数。用户可以通过 CLN 节点的配置面板来指定被调用函数运行所在的线程。CLN 的线程选项非常简单，只有两项： Run in UI thread和Run in any thread。LabVIEW的程序框图上直接可以看出一个 CLN节点是选用的什么线程。如果Run in UI thread，节点颜色是橙色的；Run in any thread则是浅黄色的（图3）。

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图2 填写被调用函数信息

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图3 CLN不同线程对比

　　通常情况下，除非使用的动态链接库是多线程安全的，CLN 中选择Run in any thread方式；否则必须选择Run in UI thread方式。判断一个动态链接库是不是多线程安全的，需通过以下方法：如果一个动态链接库的文档中没有明确说明它是多线程安全的，那么就要当作是非多线程安全的；在可以看到动态链接库源代码的条件下，如果代码中存在全局变量、静态变量或者代码中看不到有lock一类的操作，那么这个动态链接库也就肯定不是多线程安全的。

　　选择了Run in any thread方式，LabVIEW会在最方便的线程内运行动态链接库函数，且一般会与调用它的VI在同一个线程内运行。因为LabVIEW是自动多线程的语言，它也很可能会把动态链接库函数分配给一个单独的线程运行。如果程序中存在没有直接或间接先后关系的两个CLN节点，LabVIEW很可能会同时在不同的线程内运行它们所调用的函数，也许是同一函数。对于非多线程安全的动态链接库，这是很危险的操作。很容易引起数据混乱，甚至是程序崩溃。

　　选择Run in UI thread方式，因为LabVIEW只有一个界面线程，所以如果所有的CLN设置都是界面线程，那么就可以保证这些CLN调用的函数肯定全部都运行在同一线程下，肯定不会被同时调用。对于非多线程安全的动态链接库，这种方式就保证了它的安全。

　　让我们回到配置对话框第一页，Calling convention用于指明被调用函数的调用约定。这里只支持两种约定：stdcall和C call。它们之间的区别在于，stdcall由被调用者负责清理堆栈，C call由调用者清理堆栈。这个设置错误时，可能会引起LabVIEW崩溃，也就是说如果LabVIEW调用DLL函数时出现异常，首先应该考虑这个设置是否正确。（Windows API一般使用的都是stdcall；标准C的库函数大多使用C call。如果函数声明中有类似__stdcall这样的关键字，它就是stdcall的。）第二页是函数参数的配置（图4）。

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图4 配置函数的参数

　　DLL和LabVIEW之间传递参数，最常用的三种数据类型是数值、数值型数组和字符串。C语言中经常把指针或者数据的地址在函数间传递，在32位操作系统中，可以使用int32数值来表示指针。因此，当需要在LabVIEW中传递指针数据时，可以使用I32或U32数值类型来表示这个地址类型的数据。但是，64位的程序中，数据的地址只能使用I64或U64来表示。这样，如果一个调用了DLL函数的VI，并且函数参数中有地址型数据，使用固定数据类型的数值来表示地址，就要准备两份代码。解决方法是使用LabVIEW中的新的数据类型Pointer-sized Integer。这个数据类型的长度在不同的平台上会自动使用32位或64位长度。如果在C语言函数参数声明中有const关键字，可以选中Constant选项。布尔类型在DLL函数和LabVIEW VI之间传递没有专有的数据类型，是利用数值类型来传递的。输入时先把布尔值转变为数值，在传递给DLL函数；输出时再把数值转为布尔值。对于数组的传递，LabVIEW只支持C数据类型中的数值型数组，传递数组类型需要注意的的是“Array Format”要选择“Array Data Pointer”。这个设置中还有其他两个选项，带有“Handle”的参数类型都是表示LabVIEW定义的特殊类型的。在第三方的DLL中不会使用到数组参数作为输出值时，要记得为输出的数组数开辟空间。开辟数据空间的方法有两种：第一种方法，创建一个长度满足要求的数组，作为初始值传递给参数，输出数的数据就会被放置在输入数组的所在的内存空间内。第二种方法是直接在参数配置面板上进行设置。在Minimum size中写入一个固定的数值，LabVIEW就会按此大小为输出的数组开辟空间。在 Minimum size 中选择函数的其它数值参数，而不是固定数值。这样LabVIEW会按照当时被选择的参数值的大小来开辟空间。字符串与使用与数组是非常类似的，实际上在C语言中字符串就是一个I8数组。

       在NI软件的安装路径下打开当前使用版本的LabVIEW文件夹，通过 examples\dll\data passing\Call NativeCode.llb找到简单数据类型在LabVIEW与C之间的对应关系。部分常见关系见表1。

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表1 数据类型对比

　　第三页用于为DLL设置一些回调函数，可以使用这些回调函数在特定的情形下完成初始化、清理资源等工作（图5）。

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图5 设置回调函数

　　如果为Reserve选择了一个回调函数，那么当一个新的线程开始调用这个DLL时，这个回调函数首先被调用。可以利用这个函数为新线程使用到的数据做初始化工作。线程在使用完这个DLL之后，它会去调用Unreserve中指定的回调函数。Abort中指定的函数用于VI非正常结束时被调用，也就是让一个程序在运行完前停止。这些回调函数的原型在Prototype for these procedures中列出，必须要由DLL的开发者按照特定的格式实现。如果使用的DLL不是专为LabVIEW设计的，一般不会包含这样的回调函数。

　　第四页是错误处理方式，用户可根据需要选择相应的错误检查级别。

　　另外还需要注意的是，C语言中的struct在LabVIEW中可以使用cluster来表示，但有时需要作出相应的调整。这是因为在C语言中，struct的字节对齐是可以进行设置的，这就决定了其各元素的存放地址的可变性。C语言中的对字节对齐数可通过#pragma pack指令或在工程属性中进行指定。而在LabVIEW的cluster中，所有元素只能是1字节对齐的，所以如果要和C语言中非1字节对齐的struct对应，需要做出一些调整。比如，对于C语言中2字节对齐的struct，第一个元素如果是I8型的，在LabVIEW的cluster中第一个元素对应不变，但不能紧挨着放第二个元素，必须留一个无意义的空位。C语言的struct其实也是如此，只不过没有表现出来。所以为了方便，如果自己用C语言生成DLL文件供LabVIEW调用最好将struct都设为1字节对齐。C语言的struct中可以嵌套数组，但是这和LabVIEW中含有数组元素的cluster是不一样的，LabVIEW中需要将数组中的元素都拆开放入cluster中。

　　如果C语言的struct中含有一个指针，LabVIEW中的cluster只能用一个U32数值（32位系统上，64位系统上使用U64）来表示指针的地址，而不能将指针所指向的内容放到Cluster中去。如果声明的是指向struct的指针，才能在LabVIEW中使用cluster与之对应。CLN节点的配置面板中，没有一个专门命名的“struct”或者“cluster”参数类型，应选择“Adapt to Type”就可以了。如果参数的类型就是结构而非指针，考虑到C函数参数的压栈顺序，把一个结构体作为参数传给函数，相当于把结构中每个元素分别作为参数传递给函数。图6为C语言中struct和LabVIEW中cluster的部分匹配图。

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图6 struct和cluster匹配

LabVIEW打包DLL文件

我们接下来学习如何使用LabVIEW来打包一个DLL文件。

　　首先我们编写一个名为Scale.vi的程序，功能很简单就是对输入的数据乘上10，然后再输出（图7）。

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图7 scale.vi

　　必须在任务管理器中才能生成.dll文件。所以我们首先建立一个project，过程如下：

点击File>>New Project：

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图8 生成新项目

　　接着弹出是否将该VI添加到新项目的对话框：

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图9 是否添加VI到新建项目

　　选择Add，生成新的项目管理器，将其保存在需要的路径下：

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图10 项目管理器

　　右键单击项目浏览器窗口中的Build Specifications，在快捷菜单中选择New>>Shared Library（DLL）,弹出对DLL文件进行设置的对话框。点击Category>>Information，根据自己需求修改Build specification name和Target filename：

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图11 Information页面

　　点击Source Files>>Project Files>> Scale.vi>> ，弹出对话框,直接用默认值，点击OK:

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图12 Define VI Prototype

　　点击Destination>> Scale.dll，点击 ，可选择需要保存的路径。然后再点击Support Directory，这是指明了DLL支持文件的路径（比如数据文件之类的放在哪个文件夹），选择默认即可：

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图13 Destination页面

　　Category中的Source Files可供用户对打包VI的属性和密码做一些设置；Advanced和Additional Exclusions可以做一些高级的设置，这些均按默认值即可。Version Information可让用户填写版本号、名称、版权、公司等信息：

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图14 Version Information

点击Run-Time Languages，可对支持语言进行选择，默认即可。点击Preview>>Generate Preview，可以预览到结果：

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图15 预览生成

点击Build，弹出生成状态对话框：

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图16 生成状态框

点击Done，生成完成，打开DLL文件保存的路径查看：

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图17 DLL文件保存路径

LabVIEW调用DLL文件

　　LabVIEW可以方便地调用DLL文件，这些DLL文件可以是其他编译工具，如VC，生成的。

　　LabVIEW可以直接通过CLN节点来调用DLL文件，以前面生成的Scale.dll文件为例。现有一个内部定时连续采集程序，通过调用该DLL文件，使读取的值为实际采集值的10倍（图18）。

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图18 连续采集程序

方法一

　　在程序框图放入Call Library Function Node，双击弹出对话框。在Function页面的Library name or path中给入生成的Scale.dll文件的路径，Function name选择Scale，其他选项默认。

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图19 Function页面

　　由于是LabVIEW生成的DLL文件，在Parameters页面不需要做改动，但是由于VI还有一路输出，所以还需要添加一个参数y，作为DLL文件的输出。

　　如果是C语言等非LabVIEW生成的DLL函数，需要将retuen type的type选项和Data type选项改成函数定义的参数类型，对于函数里输入的参数也都需要自行添加。Callbacks和Error Checking则不需要改动。

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图20 Parameters页面

　　点击“OK”，将生成的CLN的输入段连接到DAQmx Read.vi，return type输出连接到波形图表上，即可实现采集值放大10倍的功能。

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图21 完成后的程序

 

方法二

LabVIEW中还有一种方法可以调用DLL文件，在VI的选项栏，依次选择Tools——Import——Shared Library（.dll），弹出Import Shared Library对话框。

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图22 生成Import Shared Library对话框

　　选择Create VIs for a shared library，点击Next，在Shared Library（.dll） Files中输入Scale.dll文件的路径，Head（.h） File里填写头文件的路径。

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图23 选择DLL文件路径和头文件路径

　　点击Next，如果DLL文件中依赖其他的一些DLL文件，需要在Include Paths中填写这些文件的路径。其他选项可以根据客户需求设置，一般默认即可。这样一直点击Next到最后，选择Open the generated library，点击Finish。这样可以生成一个.lvlib格式的库文件，里面包含了Scale.vi，这是将调用该DLL文件的方法封装好的VI，只留下输入和输出接口，方便运用到LabVIEW的程序中。直接将Scale.vi拖放到刚才的连续采集中即可完成方法一的功能。

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图24 完成的程序

VC调用LabVIEW生成的DLL文件

　　刚才介绍了LabVIEW调用DLL文件的方法，使用VC调用LabVIEW生成的DLL文件也很简单。还是以之前生成Scale 的DLL文件为例，不同的是采集电压程序使用的是C语言的例程，但和LavVIEW实现的功能相同。

　　首先将先前生成Scale DLL文件时，路径下所有的文件全部复制粘帖到C语言例程的文件夹下。打开连续采集程序，点击状态栏的Project——Settings，在Project Settings对话框中加载入Scale.lib的静态链接库。

　　在程序中键入#include "Scale.h"，以便引入该DLL函数。下面是C程序的代码，功能是有限点采集电压，通过Scale.dll文件实现采样值放大10倍的功能。加粗部分是因为调用DLL文件所做的改动。

 #include
 #include "NIDAQmx.h"
 #include "Scale.h"

 #define DAQmxErrChk(functionCall) if( DAQmxFailed(error=(functionCall)) ) goto Error; else

 int main(void)

 {

 int32 error=;

 TaskHandle taskHandle=;

 int32 read;

 float64 data[];

 char errBuff[]={'\0'};

 int i=;

 double x10=;

 /*********************************************/

 // DAQmx Configure Code

 /*********************************************/

 DAQmxErrChk (DAQmxCreateTask("",&taskHandle));

 DAQmxErrChk (DAQmxCreateAIVoltageChan(taskHandle,"Dev1/ai0"/*Config correct device*/,"",DAQmx_Val_Cfg_Default,-10.0,10.0,DAQmx_Val_Volts,NULL));//

 DAQmxErrChk (DAQmxCfgSampClkTiming(taskHandle,"",10000.0,DAQmx_Val_Rising,DAQmx_Val_FiniteSamps,));

 /*********************************************/

 // DAQmx Start Code

 /*********************************************/

 DAQmxErrChk (DAQmxStartTask(taskHandle));

 /*********************************************/

 // DAQmx Read Code

 /*********************************************/

 DAQmxErrChk (DAQmxReadAnalogF64(taskHandle,,10.0,DAQmx_Val_GroupByChannel,data,,&read,NULL));

 printf("Acquired %d points\n",read);

 for(i=;i<;i++){

 Scale(data, &x10);

 printf("the %d Value is : %f \n",i,x10);

 }

 Error:

 if( DAQmxFailed(error) )

 DAQmxGetExtendedErrorInfo(errBuff,);

 if( taskHandle!= ) {

 /*********************************************/

 // DAQmx Stop Code

 /*********************************************/

 DAQmxStopTask(taskHandle);

 DAQmxClearTask(taskHandle);

 }

 if( DAQmxFailed(error) )

 printf("DAQmx Error: %s\n",errBuff);

 printf("End of program, press Enter key to quit\n");

 getchar();

 return ;

 }

所以，使用LabVIEW不仅可以方便地调用各种编译软件生成的DLL文件，自己也能生成DLL文件供其他编译软件调用。这样，用户在编写大型项目时更加灵活，也为熟悉C语言的工程师提供了巨大的方便。本文只对LabVIEW和VC相互调用DLL文件做了简单的介绍，很多高级功能和技巧，用户可以在实际运用中逐渐掌握。