基于COM組件的LabWindows/CVI與Matlab混合編程

李丹陽，朱 賽

（軍械工程學院電子與光學工程系，河北 石家莊 050003）

0 引 言

在雷達系統(tǒng)的性能檢測與故障診斷中，常常使用LabWindows/CVI進行檢測診斷程序的編寫，使用Matlab進行數(shù)據(jù)的分析處理。LabWindows/CVI是美國NI公司推出的面向測試領域的軟件開發(fā)平臺，包含豐富的控件資源和大量的儀器驅動?；谠撈脚_，可方便地進行儀器的控制和虛擬界面的開發(fā)。但對于當前的前沿數(shù)據(jù)處理方法，LabWindows/CVI卻缺少可直接調用的函數(shù)庫，增加了軟件開發(fā)的難度。Matlab是一種高效數(shù)值計算語言，包含各種高級數(shù)值計算工具包，基于Matlab可方便地開發(fā)各種數(shù)據(jù)處理算法，彌補了基于LabWindows/CVI的測試程序開發(fā)的不足。

LabWindows/CVI與Matlab的混合編程可以充分發(fā)揮兩者的優(yōu)點，以LabWindows/CVI完成儀器的操作和用戶界面的編寫，Matlab進行高級數(shù)據(jù)處理，提高測試診斷軟件編寫速度。本文介紹了LabWindows/CVI與Matlab混合編程的常用方法，在對各方法進行分析的基礎上，重點介紹了基于COM組件的LabWindows/CVI與Matlab混合編程技術。

1 LabW indows/CVI與M atlab混合編程方式

LabWindows/CVI與Matlab的混合編程通常通過如下3種方式：

（1）間接操作Matlab。該方法是指通過一定途徑，在LabWindows/CVI中使用命令操作Matlab。主要有兩種方法：

1） 通過 Matlab Engine 方式[1]。Matlab Engine是指一組Matlab提供的接口函數(shù)，支持C語言，可以在LabWindows/CVI中調用，實現(xiàn)對Matlab Engine的控制。

2）通過 ActiveX 控件方式[2]。在 LabWindows/CVI中通過ActiveX控件方式，可以創(chuàng)建Matlab的驅動器。通過驅動器內函數(shù)，可以實現(xiàn)對Matlab的操作。

（2）使用Matlab自帶的函數(shù)庫[3]。Matlab中提供了可以供C/C++語言調用的C/C++數(shù)學函數(shù)庫，包含涉及到線形代數(shù)、數(shù)值分析、傅里葉變換、多項式計算、解微分方程等函數(shù)，并且函數(shù)庫中提供了大量各種矩陣操作函數(shù)，在LabWindows/CVI中可以直接使用這些函數(shù)，實現(xiàn)在Matlab中進行矩陣運算功能。

（3）將Matlab文件轉化為中間文件。通過Matlab自帶的編譯器或工具，可以將m文件編譯成中間文件，供LabWindows/CVI調用。主要有兩種途徑：

1）用Matlab自帶的Matlab Compiler編譯器。使用Matlab Compiler編譯器可以將m文件轉換成C源代碼、動態(tài)鏈接庫、可執(zhí)行文件，這些文件可以在LabWindows/CVI編程中直接使用。

2）用 COM Builder工具[5]。COM Builder工具是Matlab自帶的COM組件生成工具，可以由m文件生成COM組件。COM組件在系統(tǒng)注冊后可以在LabWindows/CVI中使用。

間接操作Matlab的方法幾乎能利用Matlab全部功能，但是需要在機器上安裝Matlab軟件，而且執(zhí)行效率低；使用Matlab自帶的函數(shù)庫的方法只能使用Matlab提供的有限的數(shù)據(jù)計算函數(shù)，不能充分發(fā)揮Matlab強大的計算能力；將Matlab文件轉換為中間文件，在LabWindows/CVI程序中調用，可以脫離Matlab環(huán)境運行，實現(xiàn)簡單，通用性強。

本文采用將Matlab文件轉化為中間文件的方法，利用Matlab中的COM Builder工具將數(shù)據(jù)處理函數(shù)生成COM組件，供LabWindows/CVI調用。

2 基于COM組件的混合編程

本文采用COM組件來實現(xiàn)LabWindows/CVI與Matla的混合編程，主要分為COM組件在Matlab中的生成和COM組件在LabWindows/CVI中的調用兩個步驟，其流程如圖1所示。

2.1 使用M atlab Builder制作COM組件

MathWorks公司在Matlab 6.5及其以后版本中推出了將Matlab中的M函數(shù)編譯為COM組件的工具COM Builder，它把Matlab開發(fā)的.m函數(shù)連同相關的支撐函數(shù)庫一起打包生成組件。生成的組件是進程內組建，以DLL形式存在，可以脫離Matlab環(huán)境獨立運行，在LabWindows/CVI中可以直接調用。

圖1 采用COM組件進行LabWindows/CVI與Matlab混合編程流程

本文使用Matlab 7.9.0進行COM組件的生成，其過程如下：

（1）設置Matlab Builder所使用的編譯器。在Matlab的命令窗口中輸入mbuild-setup和mexsetup命令，進行編譯器的設置。本文使用的編譯器是Microsoft Visual C/C++version 6.0。

（2）設置系統(tǒng)路徑。在我的電腦-屬性-高級-環(huán)境變量-用戶變量，分別選擇include、lib、path變量，如果變量不存在，新建變量。在變量值后添加：

其中Matlab為當前Matlab安裝路徑。

以上兩點只需要配置一次即可。

（3）啟動 Matlab Builder。啟動 Matlab Builder有兩種方法：1）在Matlab命令窗口中輸入deploytool命令；2）在Matlab窗口左下角選擇Start-Matlab-Matlab Builder EX-Deploment Tool。

（4）生成COM組件。在彈出的Deployment Project對話框中設置工程的名稱、路徑，在“Target”中選擇Generic COM Component。生成工程后，在Build下點擊Classes中的“Add Class”生成類，在生成的類下點擊“Add files”添加導出函數(shù)的m文件，點擊Shared Resource and Helper Files中的“Add files/directories”添加導出函數(shù)調用的內部函數(shù)的m文件或資源文件。添加完所需文件后，點擊“Builder”，生成COM組件。在當前工作目錄下生成一個與組件同名的文件夾，文件夾下有名為src和distrib兩個文件夾，sec文件夾中存放的為中間文件，distrib文件夾中存放的是動態(tài)鏈接庫（DLL）形式的COM組件。

（5）打包和分發(fā)組件。COM組件在生成時會自動注冊到系統(tǒng)，可以在當前計算機上直接使用。如果在其他計算機上使用，必須在使用的計算機上注冊，注冊命令為“regsvr32組件名”。另外，需要一些支持文件，這些支持文件可以通過COM Builder的打包功能獲得。

在Deployment Tool中的Package下，可以通過“Add files/directories”添加打包文件；如果目標計算機上沒有安裝MCR，則通過“Add MCR”添加MCR。打包文件添加完畢后，點擊“Package”，會把發(fā)布該組件所需的所有文件打包到一個與工程同名的可執(zhí)行文件中。在目標計算機上運行該可執(zhí)行文件，可自動安裝MCR和注冊組件。

2.2 在LabW indows/CVI中使用COM組件

在LabWindows/CVI中可通過ActiveX控件調用生成組件，其步驟如下：在LabWindows/CVI軟件的菜單欄中選擇Tools-Create ActiveX Controller，彈出ActiveX Controller Wizard窗口，單擊Next后，LabWindows/CVI會自動搜索系統(tǒng)中注冊的組件，可在ActiveX Server列表中選擇生成的組件，點擊Next后，在Target.fp File中設置生成驅動的路徑及名稱，之后一直點擊 Next，可生成“*.c”、“*.h”、“*.fp”、“*.obj”、“*.sub”5 個文件，其中“*.fp”為驅動器文件。將“*.h”和“*.fp”文件加入工程，打開“*.fp”文件可以看到所包含的函數(shù)，其中有新建對象、打開對象、激活對象、獲得和設置MW標志及m文件中定義的函數(shù)。這些函數(shù)可以直接在LabWindows/CVI編程中使用。函數(shù)在LabWindows/CVI中使用步驟如下：

（1）調用CA_InitActiveXThreadStyleFo-rCurrent Thread函數(shù)，該函數(shù)將線程設為ActiveX線程方式。將其threadStyle參數(shù)設為COINIT_APARTMENTTH READED。

（2）調用新建對象函數(shù)，此函數(shù)在“*.fp”中。該函數(shù)可以新建一個對象，并獲得該對象的句柄。

（3）參數(shù)轉換，在調用M中函數(shù)在“*.fp”對應的功能函數(shù)前，必須進行參數(shù)的轉換。因為m文件中函數(shù)生成COM組件，在LabWindows/CVI中生成驅動器函數(shù)，其所有參數(shù)轉換為VARIANT類型，即通過該類型實現(xiàn)LabWindows/CVI與COM組件間數(shù)據(jù)的傳遞。VARIANT數(shù)據(jù)類型是所有未被顯式聲明為其他類型變量的數(shù)據(jù)類型，VARIANT是一種特殊的數(shù)據(jù)類型，除了定長String數(shù)據(jù)及用戶定義類型外，可以包含任何種類的數(shù)據(jù)。軟件編程中的其他類型數(shù)據(jù)，可通過LabWindows/CVI中的數(shù)據(jù)轉換函數(shù)將其轉換為VARIANT類型。如整型數(shù)據(jù)intVal，將其轉換為VARIANT型變量varVal，可調用以下命令：

varVal=CA_VariantInt（intVal）；

（4）調用功能函數(shù)，函數(shù)中的Object Handle參數(shù)即為第（2）步中獲得的句柄，函數(shù)參數(shù)為第（3）步中通過轉換獲得的VARIANT型變量。

（5）將結果進行數(shù)據(jù)轉換，取出計算結果。函數(shù)計算結果也為VARIANT型數(shù)據(jù)，必須通過數(shù)據(jù)轉換才能將結果轉換為相應的類型。如欲取出double型計算結果，調用命令：

CA_VariantGetDouble（&varVal，&dbVal），其 中varVal為函數(shù)返回的VARIANT型數(shù)據(jù)，dbVal為轉換后的double型結果。

（6）清除VARIANT型變量，釋放空間。調用CA_VariantClear(&varVal)命令，其中varVal為要清除的VARIANT型變量。

（7）關閉對象句柄，釋放空間?？赏ㄟ^調用CA_DiscardObjHandle（objHandle）命令完成，其中objHandle為要關閉的句柄。

3 實驗驗證

為了驗證本文所述內容，使用上述方法進行經驗模態(tài)分解（EMD）的混合編程，即在Matlab中編寫EMD算法，并生產COM組件，在LabWindows/CVI中調用COM組件完成測試軟件中信號的EMD分解。步驟如下：

（1）編寫EMD算法的 m文件，有EMD_Tr.m、getIMF.m、GetPagebyPCHIP.m、judgeRule.m、getmax.m、getmin.m，其中EMD_Tr.m為導出函數(shù)的m文件，其余為內部函數(shù)的m文件。

（2）按2.1所述創(chuàng)建EMDCom工程，并完成工程的配置，生成COM組件EMDCom_1_0.dll，并打包生成EMDCom_pkg.exe。

（3）運行EMDCom_pkg.exe完成MCR的安裝和組件的注冊。

（4）按2.2所述生成組件驅動EMDCom.fp等文件，并將其添加到當前測試軟件工程中。

（5）在測試軟件工程中按2.2所述調用EMDCom.fp中函數(shù)，其關鍵代碼如下：

圖2 基于混合編程的EMD分解軟件運行界面

其中cSig為原始信號數(shù)據(jù)，sigLon為原始信號數(shù)據(jù)長度，mNum為分解層數(shù)，mSig為原始信號矩陣，m IMF為分解結果矩陣，cIMF為分解后數(shù)據(jù)數(shù)組，分解后各層數(shù)據(jù)都依次存儲在cIMF中。

通過上述步驟，完成了LabWindows/CVI和Matlab混合編程的EMD算法實現(xiàn)軟件，軟件可脫離Matlab環(huán)境運行。軟件運行界面如圖2所示。

4 結束語

LabWindows/CVI與Matlab的混合編程方式有多種，但大都存在一定的局限性，不能充分發(fā)揮LabWindows/CVI與Matlab的優(yōu)點，限制了基于LabWindows/CVI測試軟件的開發(fā)效率。

基于COM組件的LabWindows/CVI與Matlab混合編程技術實現(xiàn)了LabWindows/CVI與Matlab的完美結合，充分發(fā)揮了LabWindows/CVI的測試軟件開發(fā)能力和Matlab的數(shù)據(jù)處理能力，為基于Matlab的算法研究和基于LabWindows/CVI的工程實現(xiàn)搭建了一座橋梁，提高了測試軟件的開發(fā)效率。

[1]鄭力新，周凱汀，龔勇，等.LabWindows/CVI對Matlab的引擎調用技術[J].華僑大學學報：自然科學版，2007，28（4）：365-367.

[2]陳希林，肖明清.一種LabWindows/CVI與Matlab混合編程的實現(xiàn)方法[J].微計算機信息，2005，21（1）：43-44.

[3]張燕，陳華.LabWindows/CVI與Matlab接口實現(xiàn)的幾種方法[J].工業(yè)控制計算機，2006（1）：1-3.

[4]黃成亮，鄭賓，黃公亮.Matlab與LabWindows/CVI接口技術在自動機測試中的應用[J].自動化與儀器儀表，2010（5）：58-59.

[5]吳小麗，丁維明，程力.Delphi動態(tài)調用Matlab COM組件實現(xiàn)二者混合編程[J].工業(yè)控制計算機，2011，24（3）：1-3.

[6]張強，吳慶鳴，陳東，等.ActiveX在LabWindows/CVI中的創(chuàng)建與應用[J].機電工程技術，2006，35（5）：64-66.