基于VC的多線程異步串行通信動態(tài)鏈接庫設計

摘 要：串行通信在工業(yè)控制領域一直占據(jù)著著重要的地位，上位機對串行接口的訪問一般是使用開發(fā)環(huán)境的串行通信控件。在此詳細討論了基于VC開發(fā)環(huán)境的異步串行通信動態(tài)鏈接庫的開發(fā)、設計過程，基于該動態(tài)鏈接庫，在開發(fā)的監(jiān)控安防項目中上位機訪問組網(wǎng)的控制器時，工作良好。

關鍵詞：串行通信； 多線程； 動態(tài)鏈接庫； VC開發(fā)環(huán)境

中圖分類號：TN91934； TP319 文獻標識碼：A 文章編號：1004373X(2012)10003502

在工業(yè)控制領域中，串行通信以其傳輸距離長，數(shù)據(jù)可靠性高、便于總線化等優(yōu)點，一直是設備與上位機或者設備與設備間通信的主要接口。傳統(tǒng)的上位機和工控設備之間的串行通信主要是依靠開發(fā)環(huán)境的串行通信控件來實現(xiàn)的，而這些控件是封裝好的，在使用簡便的同時卻失去了操作的靈活性，或者單獨使用復雜的WindowsAPI 函數(shù)。那么這兩者對多線程串行通信都是不理想的，為此本文討論了基于VC開發(fā)環(huán)境的異步串行通信動態(tài)鏈接庫的開發(fā)、設計過程，基于本文的動態(tài)鏈接庫，在開發(fā)的監(jiān)控安防項目中上位機訪問組網(wǎng)的控制器時，工作良好。

1 DLL原理

動態(tài)鏈接庫是一種基于Windows的模塊化的程序［1］，它不但包含可執(zhí)行的程序代碼，并且還有數(shù)據(jù)，各種資源，因而擴大了庫文件的應用領域。在進行大型程序設計時，利用DLL可將系統(tǒng)程序分解成一系列的主程序和DLL，進而減少開發(fā)工作量的工作環(huán)境；而且由于程序復用模塊的減少，那么訪問的速度可以得到大幅度的提高；另外，若基層程序的某個部分改變了，上層應用程序不用改動，只修改相應的DLL文件就可以了。

當應用程序使用DLL文件時，并不是將庫代碼里的DLL文件復制，而是在應用程序中記錄動態(tài)鏈接庫文件函數(shù)的入口點和接口，當應用程序執(zhí)行到DLL文件時，才將DLL里面的文件代碼載入內存，不管多少應用程序用DLL，內存中只加載一個DLL文件，當沒應用程序使用DLL時，系統(tǒng)就將它從內存中清除，進而回收資源。

另外，DLL和其應用程序的鏈接是獨立的，應用程序調用DLL的地址轉換是在DLL加載時才實現(xiàn)，這樣有利于DLL的故障查找和修改，不必重新編譯其應用程序。

2 Win32串行通信的實現(xiàn)

使用Win32API函數(shù)CreatFile（）打開串口資源，而后使用SetCommState（）對DCB（Device Control Block）數(shù)據(jù)結構里的參數(shù)設置，例如波特率、停止位、數(shù)據(jù)位、校驗位等［2］；SetComm( )函數(shù)實現(xiàn)讀寫緩沖區(qū)的設置。GetCommTimeouts（）和SetCommTimesout()函數(shù)重新設置讀寫的超時函數(shù)，以此時間判斷串口通信的成功與否。初始化串口資源后，使用CreatEvent（）函數(shù)建立通信事件，而后調用WaitCommEvent（）監(jiān)控通信事件，在Windows環(huán)境下，串口通信的訪問操作和文件的讀寫操作一樣，用函數(shù)ReadFile（）和函數(shù)WriteFile（）對串口數(shù)據(jù)的讀寫是在用戶事先定義的讀寫緩沖區(qū)中進行。通信完畢，斷開串行通信連接，用函數(shù)CloseHandle（）關閉通信函數(shù)的句柄、清除通信事件，釋放通信資源。其流程如圖1所示［3］。

圖1 Win32串行通信流程3 多線程編程異步串行通信的實現(xiàn)

在多線程的串口I/O通信編程中，將對串口的讀、寫操作視為同一進程的2個不同任務，創(chuàng)建讀線程和寫線程分別完成對串口的讀寫操作；由于工業(yè)控制領域異步串行通信事件發(fā)生的隨機性和傳輸?shù)膶崟r性，要求通信線程優(yōu)先于主線程被處理，所以在讀寫線程的中用SetThreadPriority(handle［0］，THREAD_PRIORITY_HIGHEST)來完成讀寫線程優(yōu)先級的設置。

在PC機上，創(chuàng)建輔助串行通信監(jiān)測線程來實時監(jiān)測串口資源的通信狀態(tài)，按照監(jiān)測到的通信狀態(tài)，向主線程輸送相應的通信狀態(tài)消息，然后主程序分析處理其通信狀態(tài)消息。能夠主動探測到數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送是利用多線程實現(xiàn)串行通信的突出特點［4］。輔助通信線程一旦探測到數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送到串口上，輔助通信線程就會自動接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接收完畢，其就向主線程發(fā)送數(shù)據(jù)接收的消息，串口通信數(shù)據(jù)的讀線程也是如此。應用程序通過對通信輔助線程發(fā)送來消息的分析，來處理通信串口通信的數(shù)據(jù)。

采用多線程技術編程，從MFC的線程對象CThread類［5］，建立輔助線程串口讀線程(sc_readthread)和寫線程(sc_writethread)，實現(xiàn)串口通信的操作，以此監(jiān)測和管理串口通信數(shù)據(jù)的輸入和輸出。讀線程實現(xiàn)從通信串口讀取數(shù)據(jù)并輸送給主線程，寫線程接收主線程發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并將其輸送到串行通信端口輸出。主線程除完成串口資源的打開、參數(shù)配置的部分工作外，還要完成讀寫輔助通信線程的創(chuàng)建以及關閉、多線程的協(xié)調、數(shù)據(jù)的中間處理等工作。

程序的串口通信結構流程如圖2所示，串口程序寫線程的流程如圖3所示，串口讀線程的流程如圖4所示。

臨界區(qū)對象具有同步線程迅速［6］，便于數(shù)據(jù)訪問控制的特點，為此編程時使用臨界區(qū)（Critical Setion）同步技術來同步線程串行通信中的各線程，防止串行通信多線程間的沖突和死鎖。臨界區(qū)對象的作用是保護主線程與讀寫線程之間的共享數(shù)據(jù)，每次只允許一個線程有權訪問被保護的數(shù)據(jù)。InitializeCriticalSection( )函數(shù)初始化臨界區(qū)對象，分配臨界區(qū)對象資源，使用EnterCriticalSection( )和LeaveCriticalSection( )函數(shù)來進入和退出數(shù)據(jù)保護狀態(tài)［7］。

依據(jù)以上思路，把監(jiān)控安防系統(tǒng)中，上位機需要訪問網(wǎng)絡控制器的串行通信函數(shù)全部做成一個動態(tài)連接庫文件。但是在發(fā)布上位機應用程序時，需要把此動態(tài)連接庫一起發(fā)布。

圖2 串口通信結構流程

圖3 串口寫線程的流程 圖4 串口讀線程的流程

4 動態(tài)鏈接庫函數(shù)的VB 調用

由于監(jiān)控安防系統(tǒng)的人機交互界面是使用VB開發(fā)的，本設計的動態(tài)連接庫的調用是，在VB開發(fā)環(huán)境的標準.BAS模塊中，定義該DLL函數(shù)的調用方式，并且把開發(fā)好的動態(tài)連接庫文件復制到建立的工程里面，就可以使用了［89］。本設計的部分動態(tài)鏈接庫函數(shù)在VB里的聲明如下：

Public Declare Function init_port Lib \"all\" (ByVal com_port As Integer) As Integer

Public Declare Function exit_port Lib \"all\" (ByVal com_port As Integer) As Integer

Public Declare Function sc_setdate Lib \"all\" (ByVal com_port As Integer，ByVal iodata As String) As Integer

5 結 語

針對串行通信控件的不靈活性和WinAPI函數(shù)的代碼利用率低的特點，提出了利用動態(tài)鏈接庫實現(xiàn)串口

的通信，既能實時監(jiān)測串口和靈活的傳輸通信數(shù)據(jù)，又提高了代碼的效率。基于本文思想設計的動態(tài)鏈接庫，在開發(fā)的監(jiān)控安防系統(tǒng)中，比較理想地實現(xiàn)上位機和控制器之間的通信。

參 考 文 獻

［1］ RICHTER J， NASARRE C.Windows核心編程［M］.葛子昂，周靖，廖敏，等譯.5版.北京:清華大學出版社，2008.

［2］ 胡東海，李升亮.Visual C++編程學習捷徑［M］.北京:清華大學出版社，2003.

［3］ PETZOLD C. Windows程序設計［M］.北京:北京大學出版社，2004.

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［5］ 佚名.Microsoft Corporation MFC與Windows編程（影印版）［M］.北京:北京大學出版社，2000.

［6］ 王苓，蘇維軍.基于多線程技術的多串口通信［J］.微計算機信息，2006(8):5658.

［7］ MSDN. Microsoft Corporation \\[R\\]. USA: MSDN， 1975.

［8］ 李威，王春燕.VB 6.0直接調用EXE文件的一種方法［J］.交通與計算機，2000(3):103105.

［9］ EVJEN B， HOLLIS B.Visual Basic 2008高級編程［M］.詹正茂，譯.5版.北京:清華大學出版社，2009.

［10］ 李景峰，楊麗娜，潘恒，等.Visual C++串口通信技術詳解［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2010.

作者簡介: 王 剛 男，1980年出生，在讀博士，講師。研究方向為智能儀表、智能信號處理。

孫 嫻 女， 1970年出生，講師。研究方向為計算機通信。2012年5月15日第35卷第10期