1 引 言

　　串行通訊是計算機與其他設備進行數據交換時經常使用的方法之一,他具有實現簡單,使用靈活方便,數據傳輸可靠等優點,因而在工業監控、數據采集和實時監控系統中得到廣泛應用.

　　高速串口數據采集軟件的設計不同于普通串口通信,其要求在接收數據采集設備發送大量數據的同時完成對已接受到數據的實時存儲,如果處理不好二者之間的關系,會造成數據的缺失甚至程序的崩潰.這就要求應用程序能夠同時處理兩件以上不同的任務.Win32是基于線程的搶先式多任務操作系統,使得應用程序能夠同時執行多個任務,即在一個進程中可以同時運行多個線程.一個線程是指程序的一條執行路徑,系統不停的在多個線程之間切換.由于時間很短,看上去多個線程在同時運行.對于通訊這種需要花費大量時間來測試I/O操作,同時又要保持響應用戶其它操作的應用程序來說,創建多線程是最佳選擇.

　　2 系統結構

　　系統的組成結構如圖1所示.中央控制PC機是系統的核心,要求數據采集軟件具有良好的穩定性和兼容性.所以獨立設計了一套基于Visual C++ 6.0的多線程通訊軟件,它與前端的掃描儀串口通信是典型的主從式,在硬件上通過MOXA公司的串口卡實現500K波特的采集速率.

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　　3 用MSComm控件實現高速串口數據采集的問題

　　MSComm控件在串口編程時非常方便,程序員不必花時間去了解較為復雜的API函數,只需要在串口通信資源的屬性(Properties)一項中配置串口,串口通信的波特率、數據位數、停止位數、奇偶校驗、發送緩沖區大小、接收緩沖區大小以及超時設置等均在此時進行配置.完成串口配置之后即可打開串口,進行數據讀寫.

　　對于一般數據交換及串口通信來說,MSComm控件完全能夠滿足要求.但由于控件本身對于接收緩沖區大小設置的限定,為高速數據采集軟件的設計帶來了麻煩.如果接收緩沖區不能滿足設計的要求,當緩沖區內數據達到消息響應值并響應存儲命令時,而新采集的數據傳輸速度大于已接收到數據的存儲速度,就會造成接收緩沖區的溢出,直接導致系統的崩潰.這一點在程序設計初期深有體會.

　　在程序設計時也嘗試當緩沖區達到閾值響應消息時,在消息響應中啟動一個新的線程,先將緩沖區中接收到的數據取出到新開辟的內存單元中,再進行數據存儲.程序可以運行,但出現了新的問題,即有的數據幀中的數據發生丟失.分析產生這種數據丟失的原因,還是由于控件本身對于接收緩沖區大小設置的限定.

　　4 程序設計創新

　　4．1多線程程序設計思想

　　在32位Windows系統中,術語多任務是指系統可以同時運行多個進程,而每個進程也可以同時執行多個線程.進程就是應用程序的運行實例.每個進程都有自己私有的虛擬地址空間,每個進程都有一個主線程,但可以建立另外的線程.進程中的線程是并行執行的,每個線程占用CPU的時間由系統來劃分.

　　可以把線程看作是操作系統分配CPU時間的基本實體,系統不停的在各個線程之間切換,它對線程的中斷是匯編語言級的.系統為每一個線程分配一個CPU時間段,某個線程只有在分配的時間段內才有對CPU的控制權.

　　進程中所有的線程共享進程的虛擬地址空間,這意味著所有線程都可以訪問進程的全局變量和資源.這一方面為編程帶來了方便,但另一方面也容易造成沖突.雖然在進程中進行費時的工作不會導致系統的掛起,但會導致進程本身的掛起.所以,如果進程即要進行長期工作,又要響應用戶的輸入,那么它可以啟動一個線程來專門負責費時的工作,而主線程仍然可以與用戶進行交互.由此可見,利用Win32的重疊I/O操作和多線程特性,可以編出高效的通信程序.

　　高速串口數據采集軟件的特點是接收數據的速度要求很高,接收數據量很大,而控制掃描儀發送的命令字數據量很小.根據這些特性,可以在程序中創建一個輔助工作者線程專門來監視串行口的輸入.由于寫串口的數據量不大,不會太費時,所以在主線程中完成寫端口的任務是可以的,不必另外創建線程.

　　4． 2多線程程序設計

　　①數據采集程序流程 根據多線程程序的開發思想,該數據采集軟件由負責人機交互的多線程和對串口進行處理的后臺輔助線程組成.主線程是數據采集程序的管理者,用來初始化串口(通過調用Win32 API函數),自定義通信事件消息,創建、刪除輔助線程,進行人機交互的操作及協調好各線程的運行.程序流程如圖2所示.

　　②后臺輔助線程分析 后臺輔助線程是數據采集軟件的核心，包括串口監視線程，讀線程。串口監視線程在后臺對串口進行實時監視，當監視到預定義的事件時，立即調用相應的線程進行處理并向主線程發相應的消息，如接收到數據就調用讀線程自動接收數據并進行處理，同時向主線程發送接收到數據的消息，串口監視線程發送完此消息后就執行后面的程序代碼，繼續對串口進行監視，做到了處理消息與監視串口兩不誤，即保證了數據采集的實時性，又避免了資源的浪費，其處理過程如圖3所示。

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　　5 結束語

　　多線程技術能很好地解決各種邏輯并發和物理并發問題，使軟件的各項性能指標均有所改善，如吞吐量、計算速度、響應時間等，提高了軟件的執行效率和系統資源的利用率，同時也大大提高了程序的可讀性和穩定性。

　　利用多線程技術，解決了高速串口數據采集軟件編程中遇到的問題，運行結果良好，可供廣大同行參考。

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