采用串行通信方式和多線程編程解決PC機(jī)和計(jì)算機(jī)之間的通信問(wèn)題

1、引言

目前，先進(jìn)的嵌入式計(jì)算機(jī)以其優(yōu)良的品質(zhì)、高可靠性及模塊化，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制、航空航天、醫(yī)療、智能儀表、通信、數(shù)控、自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域。在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)需要借助微機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和豐富的軟件資源，使得組成的系統(tǒng)功能更為強(qiáng)大。這樣，為了提升系統(tǒng)的整體性能，必須實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和嵌入式計(jì)算機(jī)之間的通信。在導(dǎo)航儀生產(chǎn)管理中，由于串行通信具有連接簡(jiǎn)單、使用靈活方便、數(shù)據(jù)傳遞可靠等優(yōu)點(diǎn)，采用串行通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)下載。但由于Windows 95/98對(duì)系統(tǒng)底層操作采取了屏蔽的策略，不允許用戶對(duì)硬件I/O口進(jìn)行直接操作，進(jìn)行串行通信只能通過(guò)調(diào)用API函數(shù)來(lái)完成；同時(shí)Windows 9x通過(guò)消息隊(duì)列驅(qū)動(dòng)管理程序，DOS中斷服務(wù)例程在其下面也很難實(shí)現(xiàn)，且實(shí)時(shí)性和可靠性都得不到保證；因此通過(guò)多線程編程解決這一問(wèn)題，且能提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐掏铝亢蛻?yīng)用程序的可靠性。

2、系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介及基本結(jié)構(gòu)

本文以導(dǎo)航儀生產(chǎn)管理系統(tǒng)為背景進(jìn)行論述?，F(xiàn)場(chǎng)的嵌入式計(jì)算機(jī)給PC機(jī)上傳所存儲(chǔ)的信息，并從PC機(jī)上下載最新的版本信息。而嵌入式計(jì)算機(jī)發(fā)送回來(lái)的數(shù)據(jù)可以通過(guò)PC機(jī)的人機(jī)界面生動(dòng)實(shí)時(shí)地向用戶顯示。系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。PC機(jī)與嵌入式計(jì)算機(jī)（從機(jī)）之間按照RS-485協(xié)議連接。

3、多線程串行通信實(shí)現(xiàn)流程

3.1 用API函數(shù)實(shí)現(xiàn)串行通信的基本流程

如圖2所示，首先CreatFile（）函數(shù)打開(kāi)通信資源，之后配置通信資源屬性由以下API函數(shù)完成：SetupComm（）設(shè)置串行通信端口的輸入和輸出緩沖區(qū)的大??；通過(guò)設(shè)備控制塊DCB修改和設(shè)置串口工作狀態(tài)的參數(shù)，如波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位等通信參數(shù)，SetCommState（）將DCB結(jié)構(gòu)中的內(nèi)容寫(xiě)入串口設(shè)置；SetCommTimeouts（）設(shè)置串口讀寫(xiě)操作的溢出時(shí)間。設(shè)置工作完成后串行通信可用ReadFile（ ）對(duì)通信資源進(jìn)行讀操作，WriteFile（）進(jìn)行寫(xiě)操作。

串行通信結(jié)束時(shí)調(diào)用函數(shù)CloseHandle（）來(lái)關(guān)閉CreateFile（）函數(shù)返回的串口句柄。

3.2 PC機(jī)的程序?qū)崿F(xiàn)流程

多線程的串口I/O通信編程中，將對(duì)串口的讀、寫(xiě)操作視為同一進(jìn)程的兩個(gè)不同任務(wù)，創(chuàng)建讀線程和寫(xiě)線程分別完成對(duì)串口的讀、寫(xiě)操作；由于異步串行通信事件的隨機(jī)性和實(shí)時(shí)性，要求通信線程優(yōu)先于主線程被處理，所以設(shè)置各線程的優(yōu)先級(jí)別如下：

讀線程的優(yōu)先級(jí)》寫(xiě)線程的優(yōu)先級(jí)》主線程的優(yōu)先級(jí)。

在PC機(jī)端，創(chuàng)建輔助線程實(shí)時(shí)監(jiān)視串口通信狀態(tài)，并由串口通信監(jiān)視線程根據(jù)通信狀態(tài)向主線程發(fā)送相應(yīng)的消息，由主線程分析處理。多線程串行通信法的最大優(yōu)點(diǎn)是程序?qū)邮諗?shù)據(jù)具有自主覺(jué)察能力，一旦輔助的通信監(jiān)視線程查詢到數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送到串行口上，輔助線程自動(dòng)接收數(shù)據(jù)后，向主線程發(fā)送數(shù)據(jù)接收到的消息，應(yīng)用程序可根據(jù)該消息來(lái)處理通信串口傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并且采用通信監(jiān)視線程不占用CPU時(shí)間。

程序?qū)崿F(xiàn)建立輔線程：串口讀線程，完成串口通信操作，用來(lái)監(jiān)視和管理串口通信的輸入。讀線程一直等待，從通信串口讀取數(shù)據(jù)并傳輸給主線程處理。主線程除完成串口通信資源的打開(kāi)、參數(shù)配置以及關(guān)閉的工作外，還要完成讀線程的創(chuàng)建及關(guān)閉、多線程的協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)的中間處理與前端的人機(jī)交互等工作。

圖3為PC機(jī)的串口通信流程圖。左邊為主線程，右邊為子線程。實(shí)線框內(nèi)為用戶界面的視類函數(shù)，虛線框內(nèi)為通信類函數(shù)。用戶通過(guò)VC設(shè)計(jì)的界面上的控件打開(kāi)串口，并且發(fā)送數(shù)據(jù)。當(dāng)對(duì)串口的參數(shù)設(shè)置完畢，串口成功打開(kāi)的同時(shí)，子線程即接收線程開(kāi)始運(yùn)行。用戶發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)，接收線程的控制函數(shù)也同時(shí)運(yùn)行，當(dāng)控制函數(shù)接收到讀串口事件時(shí)，調(diào)用讀串口函數(shù)，讀取串口接收到的數(shù)據(jù)。子線程一直運(yùn)行，也不斷的讀取接收到的數(shù)據(jù)，并顯示在用戶的界面上。當(dāng)用戶關(guān)閉串口，主線程要終止，此時(shí)子線程也收到主線程發(fā)送的關(guān)閉串口事件，終止線程，關(guān)閉串口。

在實(shí)際通信過(guò)程中，由于干擾等原因，數(shù)據(jù)傳輸可能發(fā)生錯(cuò)誤，因此還要加上實(shí)時(shí)錯(cuò)誤處理以保證數(shù)據(jù)正常傳輸。這里不再贅述。

3.3 嵌入式從機(jī)的程序?qū)崿F(xiàn)流程

在嵌入式從機(jī)部分，通信實(shí)現(xiàn)采用的是單線程，初始化設(shè)備之后等待通信數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)到達(dá)，則調(diào)用接收函數(shù)接收PC機(jī)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)解析，返回結(jié)果向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。如果沒(méi)有數(shù)據(jù)則繼續(xù)等待。程序流程圖如圖4所示。

4、 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了多線程技術(shù)在實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與單片機(jī)串口通信程序中的作用。通過(guò)兩個(gè)通信線程并發(fā)執(zhí)行，加以同步管理，應(yīng)用程序能夠在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)接收數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)響應(yīng)性強(qiáng)，高效可靠，有效地避免了數(shù)據(jù)丟失、程序鎖死等問(wèn)題。在實(shí)際應(yīng)用中結(jié)果令人滿意。