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借助VC++实现串口通讯程序中的多线程应用2007-08-16 13:45:00

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厦门湖滨北路123号广电中心管理处 卓开炜  
  1、概述

在广电网络数字化双向改造中,为了实现广电网络对多媒体数字业务的支持,在广电网络主干网和支干网上建设了大量的无人值守的支持数字业务的中心机房,随着现在数据业务的开展,业务平台的安全以及广

 
播电视的安全播出的迫切需要,必须建立相应的对这些无人值守机房进行远程实时监控和通讯的管理系统。在这些远程实时监控和通讯的管理系统中,信息实时性是最主要的技术要求之一,所以在远程实时监控和通讯管理系统的程序设计中满足实时性要求是软件设计的根本出发点之一。WINDOWS系统是抢先式的多任务操作系统,程序对CPU的占用时间由系统决定。多任务就是指操作系统可以同时运行多个进程,每个进程又可以同时执行多个线程。进程是应用程序的运行实例,要求拥有自己的地址空间,每个进程拥有一个主线程,同时可以建立其他的线程。线程是操作系统分配CPU 时间的基本实体,每个线程占用的CPU时间由系统分配,系统不停的在各个线程之间切换。进程中的线程共享进程的虚拟地址空间,可以访问进程的资源,处于并行执行状态,所以在串行通讯程序中应用多线程就可以简化应用程序的结构,把一些复杂的运算放在后台并行执行,从而大大提高应用程序的响应实时能力。

2、VC++对多线程的支持

在VC++编程中通常使用MFC程序进行开发,这样可以减少程序代码的书写。在VC++6.0版本中的MFC应用程序的线程是由CwinThread对象表来表示的,该线程分为两种:用户界面线程(GUI-Thread)和工作者线程(Worker-Thread)。用户界面线程能够提供界面和用户交互,用于处理用户输入和响应各种信息和事件;工作者线程主要用来处理应用程序的后台任务。应用程序可以通过调用AfxBejinThread()函数自动创建一个CwinThread对象,从而开始一个线程。线程的终止条件有如下4种:线程函数返回;线程调用ExitThtead()退出;异常情况下用现成的句柄调用TerminateThread()退出;线程所属的进程被终止。

3、多线程在RS-322串口通信中的应用

3.1 串口通信对线程同步的要求

因为同一进程的所有线程共享进程的虚拟地址空间,而在WINDOWS中线程是汇编级中断,所以才有可能实现多个线程同时访问同一个对象。这些对象可以是全局变量、MFC的对象、MFC的API等。而串口通信对每个串口对象只提供一个缓冲区,发送接收都要用到这一个缓冲区,所以要求必须建立同步线程执行,使得一个时刻只能进行一种线程操作,以免通信出错。串口通信处理的多个线程需要协调运行,一个线程必须等待另一线程结束才能开始,在处理一个线程的同时必须把其余待处理的线程挂起等待,以减少其余待处理线程对CPU的资源占用,正处理的线程一旦处理结束则通过线程间的通信发出信号来击活被挂起的线程中的一个线程进入处理。VC++提供了以下4个同步对象来协调实现多线程的并行:

Csemaphore信号灯对象,允许一定数量的现成访问某个资源,用来控制访问共享资源的线程数量。

Cmutex互斥量对象,一个时刻至多只允许一个线程访问某个资源,未被占用时处于有信号状态,可实现对共享线程的互斥访问。

Cevent事件对象,用于使一个线程统治其余现成某个事件正发生,所以可以用来实现禁止对某个资源的访问,直至该线程结束释放资源使资源处于有信号状态,从而使被挂起的线程被通知得以执行

CcriticalSection临界区对象,将一段代码置入临界缓冲区,并只允许一个线程进入执行这段代码,该临界缓冲区仅在创建这个缓冲区的进程中有效。

3.2 等待函数

为了实现线程在资源对象被占用时把自己挂起而阻塞自己执行,等待资源空闲信号停止阻塞继续执行,从而减少对CPU的资源占用,WIN32 API中提供了两个等待函数来实现这一功能:WaitForSingleObject()(只可监控单个同步对象)WaitForMUultipleObjects(可同时监控多个同步对象)。在监控系统中,处理串口通信只是CPU的一部分事物,所以必须使用等待函数提高程序的执行效率。

3.3 串口通信的重叠I/O方式

MFC对于串口通信是作为文件设备来处理的,用CreateFile()打开串口获得一个串口句柄。打开后由SetCommState()进行串口端口配置:缓冲区设置、超时设置、数据格式设置等等。设置成功后就可以调用ReadFile()和WriteFile()进行数据的读与写,用WaitCommEvent()监控通信事件。CloseHandle()用于关闭串口。在ReadFile()和WriteFile()进行串口读写时可以采取同步执行方式也可以采用重叠I/O方式。由于采用同步执行方式,被调用的函数必须执行结束后才被返回,这必然要求除正被执行线程外其余线程被挂起等待,效率低;而采用重叠I/O方式,被调用的函数不必等执行结束后才被返回,而是可以立即返回,因为I/O操作在后台执行,这样其他线程就不必等待马上可以进行处理其他事物,实现了不同线程可以在同一串口句柄上基本上接近同时实现读写操作,实现重叠,是通信的实时性提高。

采用重叠I/O方式,线程必须创建OVERLAPPED结构攻读写函数使用,该结构最重要的成员是hEvent事件句柄。它将作为线程的同步对象使用,读写函数完成时hEvent处于有信号状态,表示可以进行读写操作;读写函数未完成时hEvent被置于无信号状态。

4、多线程应用在串口通信程序中的实现

应用程序需专门建立一个串口通信类,并在串口通信相关程序段中应用相关函数实现多线程的应用,下面给出实现多线程应用的的关键函数的核心代码。

1).专门针对COM1的初始化程序段(只写出涉及多线程应用的关键步骤)

BOOL InitComm()//串口初始化

{

HANDLE m_hComm;

COMMTIMEOUTS m_CommTimeouts;

m_hComm = CreateFile(“COM1” , //这里只使用串口1,如要对多个串口初始化需先在初始化前进入代码临界区,以保证在某时刻只对一个串口初始化

GENERIC_READ | GENRIC_WRITE, //定义串口打开类型为可读写

0, //以独占串口资源模式打开串口

NULL, //对该串口不设置安全属性

OPEN_EXISTING,FILE_FLAG_OVERLAPPED, //设置重叠I/O模式

0;)

if (m_hComm==INVALID_HANDLE_VALUE) //串口打开不成功

{return FALSE;}

m_CommTimeouts.ReadIntervalTimeout = 1000; //进行超时设置,具体量值根据实际需要调整

m_CommTimeouts.ReadTotaloutMultiplier = 500; //进行超时设置

m_CommTimeouts.ReadTotaloutConstant = 5000; //进行超时设置

m_CommTimeouts.WriteTotaloutMultiplier = 500; //进行超时设置

m_CommTimeouts.WriteTotaloutConstant = 5000; //进行超时设置

if(! SetCommTimeouts(m_hComm,&m_CommTimeouts))

{CloseHandle(m_hComm);

return FALSE;}

PurgeComm (m_hComm, PURGE_RXCLEAR | PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXABORT |PURGE_TXABORT); //清除串口缓冲区

Reture TRUE;

}

在上述串口初始化成功后,监控应用主程序就可以通过应用AfxBejinThread()函数来建立串口监控用的工作者线程从而实现对该串口通信多线程的并行管理,如果要对多个串口同时监控,可以分别对各个串口建立监控线程,各自实现对应串口的通信多线程的并行管理。下面是建立串口监控用的工作者线程的关键程序段代码(只写出涉及多线程应用的关键步骤)。

UINT CommThread(LPVOID pParam) //用于监控串口用的工作者线程

{

BOOL bResult = FLASE;

If(m_hComm) //查看前述串口初始化程序是否已打开串口

PurgeComm (m_hComm, PURGE_RXCLEAR | PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXABORT |PURGE_TXABORT);

for(;;) //只要所要监控的串口有线程在运行,就一直处于监视端口行为的无限循环

{

bResult = WaitCommEvent(m_hComm,&Event,&m_ov); // m_ov是OVERLAPPED类型的成员变量

if(! bResult)

{//进行相关的出错处理的具体函数调用过程。这里与主题无关,略去不表述

}

else

{

Event = WaitForMultipleObjects(4, m_hEvent, FALSE, INFINITE);

//无限等待设定的事件发生,其中m_hEvent根据需要设定了须响应的接收、发送、关闭串口事件以及OVERLAPPED类型的hEvent事件

Switch(Event)

{//串口进行数据读写事件的响应处理过程。这里与主题无关,略去不表述

}

return 0;

}

在编写远程监控串口通讯主程序时增加上述的关键程序段就可实现串口通讯程序的多线程应用,从而提高串口的事件响应能力,提高远端的数据交互实时性。

5、结束语

做为一个机房远程监控系统的通信组成部分,该应用多线程的串口通信程序在VC++6.0中编译通过,在以WINDOWS操作系统为广电网络安全管理平台(用户人机界面)的远程监控管理中运行状况良好,有效的提高了信息管理的实时性。

该程序除了具体开发的应用对象广电网络无人值守机房中适用,还可以推广到相似的只要是以WINDOWS为界面管理平台的一切远程通信的串口管理中,提高串口通信的实时性。

 
   
  (网页编辑:李卫华  

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