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多线程在 VC++串口通信程序中的应用 Application of Multithreading During VC++ Serial-port Communication Program 赵向峰 边信黔 施小成 摘要： 本文通过一机房监控系统程序中串口通信对多线程的应用来介绍 Windows 9X/NT 操作系统中多线程的应用和 VC++对多线程的支持。 关健词： 多线程，串口通信 Abstract: The paper introduces multithreading application during Windows9X/NT and support of VC++ about multithreading through a serial-port communication program example which applies multithreading. Keywords: Multithreading , Serial-port Communication 1 概述 在现代的各种实时监控系统或通信系统中，实时性是其最主要的要求之一，所以在程 序设计中通过各种方式以满足这种要求成为出发点之一。Windows 9X/NT 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。多任务指的是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，拥有自己的地址空间。 每个进程拥有一个主线程， 同时还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，它的应用可以简 化应用程序的结构把某些复杂的、运算放到后台去做，从而大大提高应用程序的响应能力。 所以在 window9X/NT 下利用 VC++对 RS -322 串口编程成为一常用的方法。 2 VC++对多线程的支持 在 VC++编程中通常使用 MFC 进行开发以减少代码的书写。在 VC++6.0 下，MFC 应用 程序的线程由 CWinThread 对象表示。VC++把线程分为两种：用户界面线程（GUI）和工作 者(worker)线程。用户界面线程能够提供界面和用户交互，通常用于处理用户输入并相应各 种事件和消息；而工作者线程主要用来处理程序的后台任务。程序一般不需要直接创建 CWinThread 对象，通过调用 AfxBeginThread()函数就会自动创建一个 CWinThread 对象，从 而开始一个进程。创建上述的两种线程都利用这个函数。线程的终止取决于下列事件之一： 线程函数返回；线程调用 ExitThread()退出；异常情况下用线程的句柄调用 TerminateThread() 退出；线程所属的进程被终止。 3 多线程在串口通信中的应用 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 9X/NT 系统下线程 是汇编级中断，所以有可能多个线程同时访问同一个对象。这些对象可能是全局变量，MFC 的对象，MFC 的 API 等。串口通信的几个特点决定了必须采用措施来同步线程的执行。 串口通信中，对于每个串口对象，只有一个缓冲区，发送和接收都要用到，必须建立起同步 机制，使得在一个时候只能进行一种操作，否则通信就会出错。进行串口通信处理的不同线 程之间需要协调运行。如果一个线程必须等待另一个线程结束才能运行，则应该挂起该线程 以减少对 CPU 资源的占用，通过另一进程完成后发出的信号(线程间通信)来激活。VC++提 http://www.elecfans.com ????? http://bbs.elecfans.com ?????? 供了同步对象来协调多线程的并行，常用的有以下几种： CSemaphore：信号灯对象，允许一定数量的线程访问某个共享资源，常用来控制访问 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资源，未被占用时处于有 信号状态，可以实现对共享资源的互斥访问。 CEvent：事件对象，用于使一个线程通知其他线程某一事件的发生，所以也可以用来封 锁对某一资源的访问，直到线程释放资源使其成为有信号状态。适用于某一线程等待某事件 发生才能执行的场合。 CCriticalSection：临界区对象，将一段代码置入临界区，只允许最多一个线程进入执行 这段代码。一个临界区仅在创建它的进程中有效。 3.2 等待函数 Win32 API 提供了能使线程阻塞其自身执行的等待函数，等待其监视的对象产生一定的 信号才停止阻塞，继续线程的执行。其意义是通过暂时挂起线程减少对 CPU 资源的占用。 在某些大型监控系统中，串口通信只是其中事务处理的一部分，所以必须考虑程序执行效率 问题，当串口初始化完毕后，就使其处于等待通信事件的状态，减少消耗的 CPU 时间，提 高程序运行效率。常用的等待函数是 WaitForSingleObject()和 WaitForMultipleObjects()，前 者可监测单个同步对象，后者可同时监测多个同步对象。 3.3 串口通信的重叠 I/O 方式 MFC 对于串口作为文件设备处理，用 CreateFile()打开串口，获得一个串口句柄。打开 后 SetCommState()进行端口配置，包括缓冲区设置，超时设置和数据格式等。成功后就可以 调用函数 ReadFile()和 WriteFile()进行数据的读写，用 WaitCommEvent()监视通信事件。 CloseHandle()用于关闭串口。在 ReadFile()和 WriteFile()读写串口时，可以采取同步执行方 式，也可以采取重叠 I/O 方式。同步执行时，函数直到执行完毕才返回，因而同步执行的其 他线程会被阻塞，效率下降；而在重叠方式下，调用的读写函数会立即返回，I/O 操作在后 台进行，这样线程就可以处理其他事务。这样，线程可以在同一串口句柄上实现读写操作， 实现"重叠"。 使用重叠 I/O 方式时，线程要创建 OVERLAPPED 结构供读写函数使用，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，表示可进行读写操作；读写函数未完成时，hEvent 被置为无信号。 4 程序关键代码的实现 程序专门建立了一个串口通信类，下面给出关键成员函数的核心代码。 BOOL InitComm（） //串口初始化，这里只给出关键步骤的代码，下同 { HANDLE m_hComm; COMMTIMEOUTS m_CommTimeouts; m_hComm = CreateFile("COM1", //在这里只使用串口 1 GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, //打开类型为可读写 0, //以独占模式打开串口 NULL, //不设置安全属性 OPEN_EXISTING, FILE_FLAG_OVERLAPPED, //重叠 I/O 方式 0); if (m_hComm == INVALID_HANDLE_VALUE) //打开不成功 http://www.elecfans.com ????? http://bbs.elecfans.com ?????? {return FALSE;} m_CommTimeouts.ReadIntervalTimeout = 1000; //进行超时设置，读者应根据自己的实际需要设置 m_CommTimeouts.ReadTotalTimeoutMultiplier = 500; m_CommTimeouts.ReadTotalTimeoutConstant = 5000; m_CommTimeouts.WriteTotalTimeoutMultiplier = 500; m_CommTimeouts.WriteTotalTimeoutConstant = 5000; if (!SetCommTimeouts(m_hComm, &m_CommTimeouts)) {CloseHandle(m_hComm); return FALSE;} PurgeComm(m_hComm, PURGE_RXCLEAR | PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXABORT | PURGE_TXABORT); //清缓冲 return TRUE; } 以上是专门针对 COM1 的初始化，如果要利用同一函数对不同串口初始化，则要在初始化 前先进入代码临界区，以保证在某一时刻只进行一个串口的初始化。 在串口初始化成功后，就可以建立监控线程处理串口通信事件。下面是该线程的关键代 码 UINT CommThread(LPVOID pParam) //用于监控串口的工作者线程 { BOOL bResult = FALSE; if (m_hComm) //查看端口是否打开，这里 m_hComm 同上，作者在这里做了简化 PurgeComm(m_hComm, PURGE_RXCLEAR | PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXABORT |PURGE_TXABORT); for (;;) //只要线程运行，就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) {//进行出错处理} else { Event = WaitForMultipleObjects(4, m_hEvent, FALSE, INFINITE); //无限等待设定的事件发生，数组 m_hEvent 根据需要定义了须响应的接收，发送， 关闭端口事件和 OVERLAPPED 类型的 hEvent 事件 switch (Event) {//读写事件的响应处理过程，在此略} } return 0; } 这样监控主程序就可以使用 AfxBeginThread()函数来产生 CommThread 串口监控线程。如果 要实现对所有端口的同时监控，可以分别对端口建立监控线程。 http://www.elecfans.com ????? http://bbs.elecfans.com ?????? 5 小结 作为一个机房监控系统的组成部分，通过多线程的应用本串口通信程序在 VC++6.0 下 编译通过，在使用 windows 98/NT 的局域网里运行良好。 参考书目 1. Multithreading Applications in Win32. Jin Beveridge & RobertWiener 2. 深浅出 MFC（第二版） . 侯俊杰 作者简介：赵向峰：男，1976 年出生，汉族，哈尔滨工程大学动力与核能工程学院，硕士 研 究 生 ， 主 要 研 究 方 向 ： 动 力 装 置 的 控 制 与 仿 真 ； 电 话 ： 13654587051 E_mail:zxfeng76@163.com。边信黔：男，1941 年出生，汉族，哈尔滨工程大学动力与核能 工程学院，教授，主要研究方向：水下动力定位技术。施小成：男，1957 年出生，汉族， 哈尔滨工程大学动力与核能工程学院，教授，主要研究方向：水下动力定位技术。 联系方式： （150001 哈尔滨工程大学 2000 三系研）赵向峰 http://www.elecfans.com ????? http://bbs.elecfans.com ??????