作者：陸爾東 鄧利平出處：yesky責任編輯：
方舟 [ 2001-11-14 09:07 ]
在現代的各種實(shí)時(shí)監控系統和通信系統中，在Windows 9X/NT下利用VC++對RS-232串口編程是常用的手段
1 概述
在現代的各種實(shí)時(shí)監控系統和通信系統中，在
Windows 9X/NT下利用
VC++對
RS-232串口編程是常用的手段。Windows 9X/NT是搶先式的多任務(wù)操作系統，程序對CPU的占用時(shí)間由系統決定。多任務(wù)指的是系統可以同時(shí)運行多個(gè)進(jìn)程，每個(gè)進(jìn)程又可以同時(shí)執行多個(gè)線(xiàn)程。進(jìn)程是應用程序的運行
實(shí)例，擁有自己的地址空間。每個(gè)進(jìn)程擁有一個(gè)主線(xiàn)程， 同時(shí)還可以建立其他的線(xiàn)程。線(xiàn)程是操作系統分配CPU時(shí)間的基本實(shí)體，每個(gè)線(xiàn)程占用的CPU時(shí)間由系統分配，系統不停的在線(xiàn)程之間切換。進(jìn)程中的線(xiàn)程共享進(jìn)程的虛擬地址空間，可以訪(fǎng)問(wèn)進(jìn)程的資源，處于并行執行狀態(tài)，這就是多線(xiàn)程的基本概念。
2
VC++對多線(xiàn)程的支持
使用MFC開(kāi)發(fā)是較普遍的VC++編程方法。在VC++6.0下，MFC應用程序的線(xiàn)程由CWinThread對象表示。VC++把線(xiàn)程分為兩種：用戶(hù)界面線(xiàn)程和工作者線(xiàn)程。用戶(hù)界面線(xiàn)程能夠提供界面和用戶(hù)交互，通常用于處理用戶(hù)輸入并相應各種事件和消息；而工作者線(xiàn)程主要用來(lái)處理程序的后臺任務(wù)。
程序一般不需要直接創(chuàng )建CWinThread對象，通過(guò)調用AfxBeginThread()函數就會(huì )自動(dòng)創(chuàng )建一個(gè)CWinThread對象，從而開(kāi)始一個(gè)進(jìn)程。創(chuàng )建上述的兩種線(xiàn)程都利用這個(gè)函數。
線(xiàn)程的終止取決于下列事件之一：線(xiàn)程函數返回；線(xiàn)程調用ExitThread()退出；異常情況下用線(xiàn)程的句柄調用TerminateThread()退出；線(xiàn)程所屬的進(jìn)程被終止。
3 多線(xiàn)程在串口通信中的應用
3.1 串口通信對線(xiàn)程同步的要求
因為同一進(jìn)程的所有線(xiàn)程共享進(jìn)程的虛擬地址空間，而在Windows 9X/NT系統下線(xiàn)程是匯編級中斷，所以有可能多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)同一個(gè)對象。這些對象可能是全局變量，MFC的對象，MFC的API等。串口通信的幾個(gè)特點(diǎn)決定了必須采用措施來(lái)同步線(xiàn)程的執行。
串口通信中，對于每個(gè)串口對象，只有一個(gè)緩沖區，發(fā)送和接收都要用到，必須建立起同步機制，使得在一個(gè)時(shí)候只能進(jìn)行一種操作，否則通信就會(huì )出錯。
進(jìn)行串口通信處理的不同線(xiàn)程之間需要協(xié)調運行。如果一個(gè)線(xiàn)程必須等待另一個(gè)線(xiàn)程結束才能運行，則應該掛起該線(xiàn)程以減少對CPU資源的占用，通過(guò)另一進(jìn)程完成后發(fā)出的信號(線(xiàn)程間通信)來(lái)激活。
VC++提供了同步對象來(lái)協(xié)調多線(xiàn)程的并行，常用的有以下幾種：
CSemaphore：信號燈對象，允許一定數目的線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)某個(gè)共享資源，常用來(lái)控制訪(fǎng)問(wèn)共享資源的線(xiàn)程數量。
Cmutex：互斥量對象，一個(gè)時(shí)刻至多只允許一個(gè)線(xiàn)程訪(fǎng)問(wèn)某資源，未被占用時(shí)處于有信號狀態(tài)，可以實(shí)現對共享資源的互斥訪(fǎng)問(wèn)。
CEvent：事件對象，用于使一個(gè)線(xiàn)程通知其他線(xiàn)程某一事件的發(fā)生，所以也可以用來(lái)封鎖對某一資源的訪(fǎng)問(wèn)，直到線(xiàn)程釋放資源使其成為有信號狀態(tài)。適用于某一線(xiàn)程等待某事件發(fā)生才能執行的場(chǎng)合。
CCriticalSection：臨界區對象，將一段代碼置入臨界區，只允許最多一個(gè)線(xiàn)程進(jìn)入執行這段代碼。一個(gè)臨界區僅在創(chuàng )建它的進(jìn)程中有效。
3.2 等待函數
Win32 API提供了能使線(xiàn)程阻塞其自身執行的等待函數，等待其監視的對象產(chǎn)生一定的信號才停止阻塞，繼續線(xiàn)程的執行。其意義是通過(guò)暫時(shí)掛起線(xiàn)程減少對CPU資源的占用。在某些大型監控系統中，串口通信只是其中事務(wù)處理的一部分，所以必須考慮程序執行效率問(wèn)題，當串口初始化完畢后，就使其處于等待通信事件的狀態(tài)，減少消耗的CPU時(shí)間，提高程序運行效率。
常用的等待函數是WaitForSingleObject()和WaitForMultipleObjects()，前者可監測單個(gè)同步對象，后者可同時(shí)監測多個(gè)同步對象。
3.3 串口通信的重疊I/O方式
MFC對于串口作為文件設備處理，用CreateFile()打開(kāi)串口，獲得一個(gè)串口句柄。打開(kāi)后SetCommState()進(jìn)行端口配置，包括緩沖區設置，超時(shí)設置和數據格式等。成功后就可以調用函數ReadFile()和WriteFile()進(jìn)行數據的讀寫(xiě)，用WaitCommEvent()監視通信事件。CloseHandle()用于關(guān)閉串口。
在ReadFile()和WriteFile()讀寫(xiě)串口時(shí)，可以采取同步執行方式，也可以采取重疊I/O方式。同步執行時(shí)，函數直到執行完畢才返回，因而同步執行的其他線(xiàn)程會(huì )被阻塞，效率下降；而在重疊方式下，調用的讀寫(xiě)函數會(huì )立即返回，I/O操作在后臺進(jìn)行，這樣線(xiàn)程就可以處理其他事務(wù)。這樣，線(xiàn)程可以在同一串口句柄上實(shí)現讀寫(xiě)操作，實(shí)現"重疊"。
使用重疊I/O方式時(shí)，線(xiàn)程要創(chuàng )建OVERLAPPED結構供讀寫(xiě)函數使用，該結構最重要的成員是hEvent事件句柄。它將作為線(xiàn)程的同步對象使用，讀寫(xiě)函數完成時(shí)hEvent處于有信號狀態(tài)，表示可進(jìn)行讀寫(xiě)操作；讀寫(xiě)函數未完成時(shí)，hEvent被置為無(wú)信號。
4 程序關(guān)鍵代碼的實(shí)現
程序專(zhuān)門(mén)建立了一個(gè)串口通信類(lèi)，下面給出關(guān)鍵成員函數的核心代碼。
BOOL InitComm file://串口初始化，這里只給出關(guān)鍵步驟的代碼，下同
{
HANDLE m_hComm;
COMMTIMEOUTS m_CommTimeouts;
m_hComm = CreateFile("COM1", file://在這里只使用串口1
GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, file://打開(kāi)類(lèi)型為可讀寫(xiě)
0, file://以獨占模式打開(kāi)串口
NULL, file://不設置安全屬性
OPEN_EXISTING,
FILE_FLAG_OVERLAPPED, file://重疊I/O方式
0);
if (m_hComm == INVALID_HANDLE_VALUE) file://打開(kāi)不成功
{return FALSE;}
m_CommTimeouts.ReadIntervalTimeout = 1000;
file://進(jìn)行超時(shí)設置，讀者應根據自己的實(shí)際需要設置
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); file://清緩沖
return TRUE;
}
以上是專(zhuān)門(mén)針對COM1的初始化，如果要利用同一函數對不同串口初始化，則要在初始化前先進(jìn)入代碼臨界區，以保證在某一時(shí)刻只進(jìn)行一個(gè)串口的初始化。
在串口初始化成功后，就可以建立監控線(xiàn)程處理串口通信事件。下面是該線(xiàn)程的關(guān)鍵代碼。
UINT CommThread(LPVOID pParam) file://用于監控串口的工作者線(xiàn)程
{
BOOL bResult = FALSE;
if (m_hComm) file://查看端口是否打開(kāi)，這里m_hComm同上，作者在這里做了簡(jiǎn)化
PurgeComm(m_hComm, PURGE_RXCLEAR | PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXABORT | PURGE_TXABORT);
for (;;) file://只要線(xiàn)程運行，就處于監視端口行為的無(wú)限循環(huán)
{
bResult = WaitCommEvent(m_hComm, &Event, &m_ov);
file://m_ov是OVERLAPPED類(lèi)型的成員變量
if (!bResult)
{ file://進(jìn)行出錯處理}
else
{
Event = WaitForMultipleObjects(4, m_hEvent, FALSE, INFINITE);
file://無(wú)限等待設定的事件發(fā)生，數組m_hEvent根據需要定義了須響應的接收，發(fā)送，關(guān)閉端口事件和OVERLAPPED類(lèi)型的hEvent事件
switch (Event)
{ file://讀寫(xiě)事件的響應處理過(guò)程，在此略}
}
return 0;
}
這樣監控主程序就可以使用AfxBeginThread()函數來(lái)產(chǎn)生CommThread串口監控線(xiàn)程。如果要實(shí)現對所有端口的同時(shí)監控，可以分別對端口建立監控線(xiàn)程。
5 小結
作為一個(gè)機房監控系統的組成部分，本串口通信程序在VC++6.0下編譯通過(guò)，在使用windows 98/NT的局域網(wǎng)里運行良好。
