LabVIEW通信入門 バイナリプロトコル
バイナリプロトコルの重要性
特徴
- 効率性
帯域を節約して、同じ時間でより多くのデータを転送可能 - 低負荷
CPUの変換不可を抑え、組み込み機器でも高速に動作 - 高精度
浮動小数点のビット情報を1bitも損なわず転送
テキスト形式と比較した効率性と信頼性のメリット
| 比較項目 | テキスト形式 | バイナリ形式 |
|---|---|---|
| データ量 | 大きい（数値も文字列として送る） | 最小（型そのままのバイト列） |
| 処理速度 | 遅い（パース処理[1]が必要） | 高速（直接読み書き） |
| 数値の精度 | 変換誤差の可能性がある | 誤差なし（ビットレベルで型のまま転送するため） |
| 可読性 | 高い（人間が読める） | 低い（専用のツールが必要） |
| 用途 | 設定コマンド・ログ | センサデータ転送・高速モーション制御・機器プロトコル |
バイナリパケットの構造設計
バイナリプロトコルでは通信データの「パケット（フレーム）」の構造を事前に定義します。 以下は典型的な設計例です。
テキスト形式と比較した効率性と信頼性のメリット
- ヘッダ（Header）
パケットの開始を特定するための固定値。ノイズによる誤検知を防ぎ、同期を確立します。 - コマンド種別（CMD）
操作の種類（読み取り/書き込み等）を定義。 - データ長（LEN）
続くデータのバイト数を定義。受信側はこの値を基に解析範囲を決定します。 - ペイロード（Data）
実データ。LabVIEWの「文字列に平坦化関数（Flatten To String）」で変換されたバイナリ列がここに入ります。 - チェックサム（Checksum）
通信途中のデータ破損を検出。全バイトのXOR演算やCRC計算を行い、整合性を検証します。
エンディアン（バイト順）
2バイト以上の数値をバイト列で表現するとき、上位バイトを先に送るか後に送るかがエンディアンの問題です。通信相手の仕様に合わせる必要があります。
| 種類 | バイト配置例 | 説明 |
|---|---|---|
| ビッグエンディアン （Big-Endian） | [0x11], [0x33] （上位バイト先） | 上位バイトから順に配置。 TCP/IP 標準。Modbus 等も採用。 |
| リトルエンディアン （Little-endian） | [0x33], [0x11] （下位バイト先） | 下位バイトから順に配置。 Intel CPU / Windows PC のメモリ構造。 |
LabVIEWはビックエンディアンを採用しています。トルエンディアンが必要な場合は、VI関数を使用して並び順を合わせる必要があります。
LabVIEWの主なバイト操作関数
| VI関数 | 関数名（VI） | 機能 |
|---|---|---|
 | 文字列に平坦化 Flatten To String | 任意のデータ型（数値・配列・クラスタ）をバイナリ文字列に変換します。 データバイト順序 (エンディアン形式) を変換することもできます。 |
 | 文字列から非平坦化 Unflatten From String | バイナリ文字列をタイプのデータ型（数値・配列・クラスタ）に変換します。 データバイト順序 (エンディアン形式)を指定することもできます。 |
 | 型変換 Type Cast | 指定したデータタイプ (タイプ) に型変換します |
 | バイトスワップ Swap Bytes | 1バイト(8ビット)の上位と下位を入れ替えます。 エンディアン変換（バイト順の入れ替え） |
 | ワードスワップ Swap Words | 2バイト(16ビット)の上位と下位を入れ替えます。 エンディアン変換（バイト順の入れ替え） |
 | 文字列をバイト配列に変換 String To Byte Array | 文字列をU8配列（バイト配列）に変換します。 |
 | バイト配列を文字列に変換 Byte Array To String | U8配列（バイト配列）を文字列に変換します。 |
LabVIEWプログラム例
- 「VISAを開く」関数で通信ポートを開く）
- 通信データの「パケット（フレーム）」の構造に合わせて送信データを用意する
- 送信データを用意する
- 数値データ（U8）を入力
- バイト配列でパケット構造に合わせる
- 「バイト配列を文字列に変換」関数を使用して文字列に変換
- 「VISA Write」でデータを送信
- 「VISA Close」で通信ポートを閉じる
