PC機與嵌入式系統(tǒng)的多線程串行通信實現(xiàn)

摘要   敘述了PC機與嵌入式計算機系統(tǒng)的多線程串行通信的實現(xiàn)。介紹了多線程設(shè)計思想的必要性，給出了程序設(shè)計流程。
關(guān)鍵詞   多線程；串行通信

　　1、引言

　　目前，先進(jìn)的嵌入式計算機以其優(yōu)良的品質(zhì)、高可靠性及模塊化，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制、航空航天、醫(yī)療、智能儀表、通信、數(shù)控、自動化生產(chǎn)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域。在實際應(yīng)用中，有時需要借助微機強大的數(shù)據(jù)處理能力和豐富的軟件資源，使得組成的系統(tǒng)功能更為強大。這樣，為了提升系統(tǒng)的整體性能，必須實現(xiàn)PC機和嵌入式計算機之間的通信。在導(dǎo)航儀生產(chǎn)管理中，由于串行通信具有連接簡單、使用靈活方便、數(shù)據(jù)傳遞可靠等優(yōu)點，采用串行通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)下載。但由于Windows 95/98對系統(tǒng)底層操作采取了屏蔽的策略，不允許用戶對硬件I/O口進(jìn)行直接操作，進(jìn)行串行通信只能通過調(diào)用API函數(shù)來完成；同時Windows 9x通過消息隊列驅(qū)動管理程序，DOS中斷服務(wù)例程在其下面也很難實現(xiàn)，且實時性和可靠性都得不到保證；因此通過多線程編程解決這一問題，且能提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐掏铝亢蛻?yīng)用程序的可靠性。

　　2、系統(tǒng)功能簡介及基本結(jié)構(gòu)

　　本文以導(dǎo)航儀生產(chǎn)管理系統(tǒng)為背景進(jìn)行論述。現(xiàn)場的嵌入式計算機給PC機上傳所存儲的信息，并從PC機上下載最新的版本信息。而嵌入式計算機發(fā)送回來的數(shù)據(jù)可以通過PC機的人機界面生動實時地向用戶顯示。系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。PC機與嵌入式計算機(從機)之間按照RS-485協(xié)議連接。

　　3、多線程串行通信實現(xiàn)流程

　　3.1 用API函數(shù)實現(xiàn)串行通信的基本流程

　　如圖2所示，首先CreatFile()函數(shù)打開通信資源，之后配置通信資源屬性由以下API函數(shù)完成：SetupComm()設(shè)置串行通信端口的輸入和輸出緩沖區(qū)的大?。煌ㄟ^設(shè)備控制塊DCB修改和設(shè)置串口工作狀態(tài)的參數(shù)，如波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位等通信參數(shù)，SetCommState()將DCB結(jié)構(gòu)中的內(nèi)容寫入串口設(shè)置；SetCommTimeouts()設(shè)置串口讀寫操作的溢出時間。設(shè)置工作完成后串行通信可用ReadFile( )對通信資源進(jìn)行讀操作，WriteFile()進(jìn)行寫操作。

　　串行通信結(jié)束時調(diào)用函數(shù)CloseHandle()來關(guān)閉CreateFile()函數(shù)返回的串口句柄。

　　3.2  PC機的程序?qū)崿F(xiàn)流程

　　多線程的串口I/O通信編程中，將對串口的讀、寫操作視為同一進(jìn)程的兩個不同任務(wù)，創(chuàng)建讀線程和寫線程分別完成對串口的讀、寫操作；由于異步串行通信事件的隨機性和實時性，要求通信線程優(yōu)先于主線程被處理，所以設(shè)置各線程的優(yōu)先級別如下：

　　讀線程的優(yōu)先級>寫線程的優(yōu)先級>主線程的優(yōu)先級。

　　在PC機端，創(chuàng)建輔助線程實時監(jiān)視串口通信狀態(tài)，并由串口通信監(jiān)視線程根據(jù)通信狀態(tài)向主線程發(fā)送相應(yīng)的消息，由主線程分析處理。多線程串行通信法的最大優(yōu)點是程序?qū)邮諗?shù)據(jù)具有自主覺察能力，一旦輔助的通信監(jiān)視線程查詢到數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送到串行口上，輔助線程自動接收數(shù)據(jù)后，向主線程發(fā)送數(shù)據(jù)接收到的消息，應(yīng)用程序可根據(jù)該消息來處理通信串口傳送過來的數(shù)據(jù)，并且采用通信監(jiān)視線程不占用CPU時間。

　　程序?qū)崿F(xiàn)建立輔線程：串口讀線程，完成串口通信操作，用來監(jiān)視和管理串口通信的輸入。讀線程一直等待，從通信串口讀取數(shù)據(jù)并傳輸給主線程處理。主線程除完成串口通信資源的打開、參數(shù)配置以及關(guān)閉的工作外，還要完成讀線程的創(chuàng)建及關(guān)閉、多線程的協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)的中間處理與前端的人機交互等工作。

　　圖3為PC機的串口通信流程圖。左邊為主線程，右邊為子線程。實線框內(nèi)為用戶界面的視類函數(shù)，虛線框內(nèi)為通信類函數(shù)。用戶通過VC設(shè)計的界面上的控件打開串口，并且發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)對串口的參數(shù)設(shè)置完畢，串口成功打開的同時，子線程即接收線程開始運行。用戶發(fā)送數(shù)據(jù)的同時，接收線程的控制函數(shù)也同時運行，當(dāng)控制函數(shù)接收到讀串口事件時，調(diào)用讀串口函數(shù)，讀取串口接收到的數(shù)據(jù)。子線程一直運行，也不斷的讀取接收到的數(shù)據(jù)，并顯示在用戶的界面上。當(dāng)用戶關(guān)閉串口，主線程要終止，此時子線程也收到主線程發(fā)送的關(guān)閉串口事件，終止線程，關(guān)閉串口。

　　在實際通信過程中，由于干擾等原因，數(shù)據(jù)傳輸可能發(fā)生錯誤，因此還要加上實時錯誤處理以保證數(shù)據(jù)正常傳輸。這里不再贅述。

　　3.3  嵌入式從機的程序?qū)崿F(xiàn)流程

　　在嵌入式從機部分，通信實現(xiàn)采用的是單線程，初始化設(shè)備之后等待通信數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)到達(dá)，則調(diào)用接收函數(shù)接收PC機數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)解析，返回結(jié)果向PC機發(fā)送數(shù)據(jù)。如果沒有數(shù)據(jù)則繼續(xù)等待。程序流程圖如圖4所示

　　4、 結(jié)束語

　　本文分析了多線程技術(shù)在實現(xiàn)PC機與單片機串口通信程序中的作用。通過兩個通信線程并發(fā)執(zhí)行,加以同步管理,應(yīng)用程序能夠在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時接收數(shù)據(jù),實時響應(yīng)性強，高效可靠，有效地避免了數(shù)據(jù)丟失、程序鎖死等問題。在實際應(yīng)用中結(jié)果令人滿意。

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