C／S模型在WinCE串口編程中的應(yīng)用※

于興晗，李琳，侯煜，蓋優(yōu)普，孟昭陽，張軍，郭易

（1.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；2.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司）

引 言

與傳統(tǒng)的Windows串口編程技術(shù)相比較，WinCE串口編程中不具備串口復(fù)用的功能，這給在WinCE系統(tǒng)中實現(xiàn)對串口的復(fù)雜操作增加了技術(shù)難度。本文介紹一種使用在信息平臺軟件中常用的C／S模型技術(shù)，模擬串口復(fù)用的動作來實現(xiàn)WinCE操作系統(tǒng)串口復(fù)用的問題。

本方法實現(xiàn)所使用的函數(shù)大部分都是嵌入式開發(fā)中最常使用的C／C＋＋函數(shù)，所有的函數(shù)都具有一定的通用性，稍加改動即可應(yīng)用到其他嵌入式操作系統(tǒng)中；并且該方法實現(xiàn)的思路對于解決其他嵌入式編程中資源復(fù)用的難題具有一定參考價值。

1 軟件結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 軟件結(jié)構(gòu)及特點

為了使WinCE操作系統(tǒng)的串口操作支持復(fù)用，在本方法中，采用了一種類式信息平臺開發(fā)經(jīng)常使用的C／S結(jié)構(gòu)，利用此結(jié)構(gòu)來模擬實現(xiàn)類似于Windows串口的復(fù)用功能，即在數(shù)據(jù)與串口硬件實際控制之間增加了一個C／S結(jié)構(gòu)的中間層。系統(tǒng)整個結(jié)構(gòu)主要包括控制協(xié)議、客戶端程序和服務(wù)器端程序三部分。客戶端和服務(wù)器端的程序復(fù)雜程度與串口操作的復(fù)雜程度成正比，在直觀上也與控制協(xié)議的復(fù)雜程度成正比。軟件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.2 控制協(xié)議

控制協(xié)議的實現(xiàn)屬于基礎(chǔ)部分，復(fù)雜程度與串口的操作復(fù)雜程度有關(guān)，本文中提到的編程方法只是解決串口的復(fù)用部分，即同時對串口發(fā)生讀寫時在編程上的實現(xiàn)。因此在本方法中，實現(xiàn)串口復(fù)用的控制協(xié)議只需要兩部分——串口＋數(shù)據(jù)。串口指的是發(fā)生讀寫動作的串口（com1，com2，…，comn），數(shù) 據(jù)指的是需要用串口通信的數(shù)據(jù)。

圖1 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖

1.3 服務(wù)器端程序流程及工作原理

服務(wù)器端程序流程圖如圖2所示。

從圖2中可以看出，整個服務(wù)器端程序是由兩個線程組成。一個線程用來處理由客戶端發(fā)起的發(fā)送數(shù)據(jù)請求，符合控制協(xié)議的數(shù)據(jù)先存入預(yù)先定義好的發(fā)送緩沖區(qū)，同時判斷對應(yīng)串口的使用情況。當(dāng)該串口被占用（串口正在處理上一個發(fā)送數(shù)據(jù)請求或者是正在接收數(shù)據(jù)）時，此次請求將被掛起一直到串口恢復(fù)到空閑狀態(tài)；串口恢復(fù)到空閑狀態(tài)后該線程將處理最先掛起的請求，將最先存入發(fā)送緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)走。

同時，服務(wù)器端程序還要用一個線程來實時監(jiān)視該串口，將由該串口接收到的符合控制協(xié)議的數(shù)據(jù)存入預(yù)先定義好的接收緩沖區(qū)，同時通知數(shù)據(jù)處理線程。

圖2 服務(wù)器端程序流程圖

1.4 客戶端程序流程及工作原理

客戶端程序流程圖如圖3所示。客戶端程序只需將要發(fā)送的數(shù)據(jù)按照控制協(xié)議要求整合，將符合控制協(xié)議的數(shù)據(jù)提交給服務(wù)器端的程序即可。

圖3 客戶端程序流程圖

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 結(jié)構(gòu)體定義

為實現(xiàn)服務(wù)器端程序所有線程的管理，同時方便所有線程之間數(shù)據(jù)的共享，在創(chuàng)建線程時，對線程傳遞參數(shù)的定義就變得尤為重要。在本方法的實現(xiàn)中定義了一個線程傳遞參數(shù)，定義如下：

2.2 CMapStringToPtr類

CMapStringToPtr類是MFC集合類中的一個模板類，也稱為“字典”，就像一種只有兩列的表格，一列是關(guān)鍵字，一列是數(shù)據(jù)項，它們是一一對應(yīng)的。關(guān)鍵字是唯一的，給出一個關(guān)鍵字，映射表類會很快找到對應(yīng)的數(shù)據(jù)項。映射表的查找是以哈希表的方式進行的，因此在映射表中查找數(shù)值項的速度很快。該類最適用于需要根據(jù)以CString對象為關(guān)鍵字進行快速檢索的場合。

為便于緩沖區(qū)和句柄的索引，在本方法的實現(xiàn)中使用CMapStringToPtr類的對象來管理線程和緩沖區(qū)的句柄。

2.3 CEvent類

CEvent類的一個對象，表示一個“事件”——一個允許一個事件發(fā)生時線程通知另一個線程的同步對象［1］。在一個線程需要了解何時執(zhí)行任務(wù)時，事件是十分有用的。例如，拷貝數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)文檔時，線程應(yīng)被通知何時數(shù)據(jù)是可用的。當(dāng)新數(shù)據(jù)可用時，通過運用CEvent對象來通知拷貝線程，線程才可能盡快地執(zhí)行。

另一個使用CEvent對象的方法是添加一個CEvent類型的變量，使之成為希望控制的類的一個數(shù)據(jù)成員。在控制對象被構(gòu)造期間，可調(diào)用CEvent數(shù)據(jù)成員的構(gòu)造函數(shù)，它指明時間是否是最初就被標(biāo)記、需要的事件對象類型、事件名稱（如果在進程中要使用）和所希望的安全屬性。

此外CEvent對象還可以保護控制的資源，使該資源在一個時間里只可被一個線程訪問；使用時要先在資源訪問成員函數(shù)中構(gòu)造一個CEvent類型的變量，然后調(diào)用封鎖對象的Lock成員函數(shù)。此時，線程要么等待資源釋放后訪問；要么等待資源釋放而超時，訪問資源失敗。在各種情況下，資源都被以線程安全方式訪問。

總之，該方法實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)主要包含3個線程、結(jié)構(gòu)體定義、CMapStringToPtr成員、CEvent成員和控制協(xié)議。

3 實現(xiàn)和應(yīng)用

基于上面的講述，為了使用方便，將其所有的數(shù)據(jù)成員和方法封裝成一個類。本文所有代碼的實現(xiàn)使用的開發(fā)環(huán)境為EVC4.0，由于篇幅的關(guān)系，新建類的方法和開發(fā)環(huán)境的使用細節(jié)請詳閱參考文獻［1］；對于在代碼中出現(xiàn)的API函數(shù)的一些用法和參數(shù)說明可以詳閱參考文獻［1］～［3］；想對 WinCE嵌入式系統(tǒng)有進一步了解，可以仔細閱讀參考文獻［4］。

編者注：詳細代碼略。

使用EVC4.0的Class wizrd插入一個新類，之后將上述代碼加入，使用時只需在程序開始時調(diào)用AfxGet－SerMsgQ（）－﹥Open（）函數(shù)來打開串口，此時即可對相應(yīng)的串口數(shù)據(jù)進行實時處理，同時不影響其他線程對該串口的使用；當(dāng)其他線程使用該串口時，只需調(diào)用AfxGet－SerMsgQ（）－﹥WriteBuffer（）函數(shù)來發(fā)送數(shù)據(jù)，調(diào)用AfxGetSerMsgQ（）－﹥ReadData（）函數(shù)來讀取數(shù)據(jù)即可。同時，這兩個函數(shù)的調(diào)用不會影響相應(yīng)串口數(shù)據(jù)的實時接收，完全實現(xiàn)了串口的復(fù)用功能。

結(jié) 語

本文提到的方法不但解決了WinCE操作系統(tǒng)不支持串口復(fù)用的問題，而且實現(xiàn)代碼簡單、通用性強，對于解決其他資源復(fù)用問題同樣有效。本文提到的方法已經(jīng)在實際產(chǎn)品中應(yīng)用，解決了實際的工程問題。該方法實現(xiàn)的代碼具有通用性，只需修改少量代碼就可以應(yīng)用到其他嵌入式系統(tǒng)軟件代碼設(shè)計當(dāng)中。

編者注：本文為期刊縮略版，全文見本刊網(wǎng)站www.mesnet.com.cn。

［1］汪兵，李存斌，陳鵬，等.EVC高級編程及其應(yīng)用開發(fā)［M］.北京：中國水利水電出版社，2005：7－17，119－164，290－299.

［2］侯俊杰.深入淺出 MFC：使用 Visual C＋＋5.0 ＆ MFC 4.2［M］.2版.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2001：169－232.

［3］張冬泉，譚南林，王雪梅.Windows CE實用開發(fā)技術(shù)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2006：41－54.

［4］何宗鍵.Windows CE嵌入式系統(tǒng)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006：38－48，61－78，145－150.