（电路与系统专业论文）远程测控系统开发及软件设计.pdf

l 程i m d 空 系统软川设i a b 9 l r a c t p c a n d m c u a r e p o p u l a r l y u s e d i n t h e f i e l d o f r e m o t e c o n t r o l a n d m e a s u r e m e n t w i t h t h e m e t h o d o f d i r e c t u s e o f p c o r e m b e d i n g t h e m c u c h i p i n t h e s y s t e m b e c a u s e o f t h e d i f f e r e n t r e q u i r e m e n t a n d c o n d i t i o n , t h e s y s t e m u s u a l l y c a n n o t b e u s e d u n i v e r s a l l y t h u s p e o p l e u s u a l l y h a v e t o d e v e l o p t h e s y s t e m i n a c c o r d i n g t o t h e s p e c i f i c r e q u i s i t e . t h e a r t i c l e m a i n l y i n t r o d u c e d t h e s o f t w a r e d e s ig n o f t h e c o n t r o l s y s t e m a n d s i m p l y i n t r o d u c e d t h e w h o l e s y s t e m d e s i g n i n c l u d e h a r d w a r e , c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l t h e s o ft w a r e h a s t h e f o l l o w i n g f e a t u r e s f u l f i l l t h e o b j e c t o f e n c a p s u l i n g a l l o f t h e d e v i c e a n d i n s t r u m e n t b y t h e w a y o f u s i n g a a b s t r a c t c l a s s o f c + +， t h u s t h e w h o l e s y s t e m c a n b e e a s i l y e x p a n d e d . y o u n e e d n o t m o d i f y t h e s o u r c e c o d e o f t h e p r o g r a m i f y o u w a n t t o a p p e n d o r d e c r e a s e t h e q u a n t i t y o f t h e d e v i c e a n d i n s t r u m e n t f u l f i l l t h e b i - d i r e c t i o n a l c o mmu n i c a t i o n b e t we e n t h e p c wh i c h b a s e d o n w i n d o w s 9 8 o p e r a t i o n s y s t e m a n d t h e m c u s y s t e m w h i c h w e d e v e l o p e d t h e s o ft w a r e u s e t h e c o m m u n i c a t io n p r o t o c o l w h ic h f it s t h e s p e c i a l n e e d o f t h e s y s t e m t h e s o ft w a r e c a n b e e a s i l y t r a n s p l a n t e d f r o m t h e s y s t e m w e d e v e l o p e d t o a n o t h e r s i m i l a r c o n t r o l s y s t e m b a s e d o n t h e s a m e c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l t h e s o ft w a r e h a s a p e r f e c t h e lp - s y s t e m a n d a s i m p l e s p e c i a l i s t - s y s t e m w h i c h c a n h e l p u s e r t o o p e r a t e t h e w h o l e s y s t e m u s e r c a n m a k e t h e s y s t e m a u t o m a t i c w o r k a c c o r d i n g t h e r u l e w h i c h h a s b e e n s e t b e f o r e h a n d i f i t i s n e c e s s a ry u s e r c a n u s e t h e s o f t w a r e t o p r o d u c e a l a y o u t s h e e t c o n v e n i e n t l y j u s t a s u s e p r ot e l t o ma k e a s c h e m s h e e t k e y w o r d s : c o n t r o l a n d m e a s u r i n g s y s t e m， mc u， o o p , c o m m u n i c a t i o n p r o t o c o l c + + p m g r a m , w i n d o w s p r o g r a m 卜电 远程测拧系统软什设u 第一章前言 1 - i 向向对象程序设计的发展及核心概念 1 - i - 1 血向对象程序设计的发展 面向对象程序设计相对 i . 传统的顺序模块程序设计是一 个全新的编程思路， 八传统的顺序模块程序设计中，人们将 一 个功能复杂的人系统分为若 i 个r 系 统， 侮个子 系统就叫做一个模块， 每个模块完成不同的功能， 采i f 从 i 几 到 卜 的设 计，也就是说需要确定总的功能后， 再细分为不同的模块来实现，当程序很人的 时候， 模块太多， 模块之问的接l 1 也 就很复杂， 必然导致编程困难，为了 解决这 fi ll 题， 我们需要种系统的各个子系统之间相互 独;y ir l, 史强， 更容易维护的程 序设计力式，7 = 是面向对象程序设计方法也 就应运而生了。1 9 6 7年，发明了 第 种正 式将in 向对象概念作为语言成分的s i m u l a 6 7语言，引入了 类、 对象、 继 承、 共行i - 程序等概念:8 0年代以后，s m a l l t a l k语言 的的问世标志作ia向对象 语六研究的一个新的起点;而向对象程序设计的真正盛行是 a t : 的其他部分访ili 1j 多态 多态是 种性质，他允许 个名字川 1 几 两个或im个以卜 的技术 截然不同的 i 的，史般的训，多态就足 “ 个接曰，多种为 法” ，函数的f 载，运算算 j 几 的.i! : 4 戈 都足多态性的农现，沪 继承 继承是 种处理方 泥 、 ，通过这 一 种方 法，个对象1 .丁 以获得另个 对象的特 i d ，史专 业化的讲， 个对象可以继承 组般特征， j 川 1 f 自己 特有的f特征 加到般特i ll _ 之 1 1 - z 单 片机技术在远程测控系统f 1 1 的应川 随着计算机技术的发展，测拧系统几手, 无例外的要w1 月 微机技术，尤其是 % i c u 1 术史是得到i 泛的应川，f i 前， 8 位机f l l 3 2 位机在单) 机i li 场， t i 据 i .: 流 1 l i ,i. . i n t e l . m o t o r o la . m ic r o c h ip 等公 1 均推, i i r r j 的m c u .r 列， i ll ) ; t 仃 泛的选抒机会，3 2机以j 七 强人的功能在国外市场所占份额越来越人，但 8 位$ ) l 1 7 样具有强人的生命力，8 位m c u价廉、灵i、功能弧人，使川简单，i k 1 而在， ! ， 日 仍然产 ; 据mc u i l i 场的人部分份额 1 - 3 本论文完成的 i 一 作 本论文基1 : 为某外协单位研制的远程测控系统，详细介绍了 1 则 控系统的软件 设计，门 ! j 几 系 统是一个v体，简单介绍了 测拧系 统的优化，通信协议的规定等。 木论文1 : 要分为两部分，第 部分包括 】 一 3 帝 ，介 绍论文中所月 到技术的 f t 币要原p i !第 二 部分包括第4章 ，j 训卞 介 绍如何实现系 统。 匹程测t : : 系 统软什设1 第二章 基于w i n d o ws 9 5 / 9 8 操作系统的m f c程序设计 2 - 1 wi n d o ws 程序设计概述 2 - 1 - 1 wi n ma i n 过程 丫 何 一 个 wi n d o ws应川程序都必须子 i一 个 w i n m a i n q 函数和个窗i i 函 数，w i n m a i n ( ) 函数的名称不能更改，d li 窗1 1 函数 i 1 1 1 户自l fb 名，w in m a i n ( ) 函数是1 : 程t y- , ir 窗11函数是wi n d o ws 1 v . 用程1 y- 的工作核心。 通常w i n m a i n ( ) 函数具有如卜 的形式: i n t p a s c a l wi n m a i n ( h a n d l e h l n s t a n c e ， h a n d l e h p r e l n s t a n c e ， l p s t r 1 p s z c m d p a r a m， i n t n c m d s h o w) 在w in m a i n ( ) w l 数， 1i , 般要做r 面的 _ 作: 如果是程序的第一个 运行实例，则注册窗日 类。 创建一个窗口，即应用程序的主窗口，然后显示该窗日。 创建消息循环，对应n 1 程序中得到的消息进行翻译、发送的处理，将消息 发给w i n d o ws 操作系 统. 由wi n d o w s 操作系统保存此消息，直 到操作系 统 将消息作为参数之一调川应用程序的窗日函数。 当 接收到w m 一u i t 消息时， 结束 应用程序的 运行。 2 - 1 - 2 消息处理结构 w i n d o ws 应用程序采用的是消息驱动机制， 应用程序的人部分i _ 作是在进 寸 1 i 肖 息的循环处理，用户进行程序设计 的卜 要l _ 作就是编写消息处理函数。在 wi n d o ws 操作系 统f ， 定义了 一个消息结构体: l y p e d e f s t r u c t t a g m s g i iw n d h w n d ; u i n t m e s s a g e ; w p a r a m l p a r a m w p a r a m i p a r a m u w o r d l i m e p o i n t p t l h t 测拧系统软什设i m s g ; 在 血的结构体中， 包含j 如卜 的信以: 接收到消息的窗i -1 i ii 栖 ( h w n d ) , 消 t !. 的代码俏( m e s s a g e ) , 辅iij j 参数( w p a r a m , i p a r a m ) , 接收到消(l l, 的时in( l i m e ) , 收到消息1讨光标 i : 屏慕 i 几 所处的位青 ( p l ) 、 石 ; wi n d o ws 、 ，有如卜 几 种刁 、 动 类)v 的消息: 标m 1; 的wi n d o ws消息 本类消 息以w m _ 为 前 缀 ( w m _ c o m m a n d除外) ，如 :窗i 移 动消 息，窗 尺、 变化的消息， 此外， 还包括程序的启动或退出， 窗 ! 的创建或关闭， 鼠标， 避盘的消息等 控件通知消息 山编辑框、列表枢、等拧件或 f 窗i 1 发给其父窗r i 的信息，本类消息以 wm 工o mm a n d命名， 消ll j i 含育 控件通知代码， 以ix 分具体的控件通知消息 命令消息 命令消息来源 1 .种接1 j 川户对象:菜单、i 具栏、加速键。本类消息也是 i i i wm 一 c o m m a n d命名，f i ll 在7 1 1 1 t i i 包含命i d ，以ix 分只体的命令 。 2 - 1 - 3 永久及临时句柄映射 在wi n d o ws 1 1 1 , 采川的是句柄来标i! 11 4 l1 象， 句柄就是川来唯的标识 个 对象的数字， 只有分配句 钠的系 统才厂 解这个数字的具体含义， 对1 几 操作系统内 部而.丫 ，句柄可能是 个指针或索弓 卜wi n d o ws a p i 函数就是使用句 柄 ( i : me c t，使) 1 1 的却j 足wi n d o ws 的( 1 柄，in 是c + 十 l ii f. il l ilf lj ，我们 需要严靛 种方 法用 i 几 指针和句柄之n d 的相互 转换。这种方法就是句柄映射， mf c 为 两个用户界角 i 对象 ( 窗日、菜单) 和 匕 个图形输出对象 ( 位图、11111 刷、 设备 _ f 文、字体、调色板、110 1 笔、区域)建立句柄映4 1 m f c建立如卜 两种句柄映射: 水久句柄映射 通过mf c类创建的wi n d o ws a p i 对象均5 i r i 永久f ij 柄映射表，i ii 以使 i n a t t a c h ( ) 和d e t a c h ( ) 来将句柄条i ! 加入到水久句柄映射表或从水久句 柄映q 1 表 件 ， 册 9 除句柄条日。 永久 j ( 闻 映射表的 i 命周期是整个应用程序的生命周期， 在应 用程序退出以前.系统不会自 动清除它。 远程测i 系统软什设计 临时句柄映射 k 1 1 - 1 f 0 通过mf c类创建的刘象， mf c具备一个临时句柄映射. m f c为必须 临时创建以包装 wi n d o ws对象的对象在临时句柄映射表中创建个条日。临 时句柄映则表中的条1 1 在空闲时间会被个部清除，所以这种对象的寿命足很知 的， 需要长期保存的句柄映射小能放在临时f j 柄映射表中。 2 - 2 n 1 f c程序设计 2 - 2 - 1 mf c的设计原理 m f c 是微软推h 的名为 m i c r o s o ft f o u n d a t i o n c la s s e s ( 微软基础类 14 ) 的c + + 类集的缩写形式，mf c提供面向对象框架，程序人员可以使川这 一 框架开发 w i n d o ws 应用程序， m f c儿个高 层的类提供一般功能，而低层的类 提供更具 体的行为， 每个低层类都是从高层类中派生出来的， 因而继承了 高层类的行为， m f c同时 提供一个应川程序开 发模型， 此模型成为文档 一视模型， 可以 将数 据和川户界面分离开， 它允许两部分程序同时存在， 这样， 程序员在更改其中 部分程序时不会影响另一部分。 2 - 2 - 2 mf c的特性 mf c提供的 ! v 特性0 u - f 所,i : 文 档 /于 见 体系 结构 多文档界面 ( md i 打印及打印预览支持 使用并创建a c t i v e x控件 o d b c及a c c e s s 数据支持 i n t e r n e t ( t c p / i p ) 编程支 持 w in d o w s 9 5 / w in d o w s 9 8 / w i n d o w s n t常用控件支持 多线程支持 2 - 2 - 3 mf c层次设计 mf c 的对象层次非常类似 11 录结构的组织形式，mf c 包含 一 个根x ,1 象 c o b j e c t ，其他大多数对象都是从这个根对象派生而 来，相似类v的对象被组织 在相同类别中。 m f c 包括了1 0 0 种以上的类， 但很多类之间有继承关系， 通常， _ f 7 iii g i _:,: 系统4 y 1 ) r u i i ， 以将这系列类分为如 卜比人部分: 文件服务类 提f ll 常规文件支 持，从( o b j e c t x 1 1 接派1 1 . 110 k , sr: 件这 术语在这9 1 0 f 1, i x为包括w e b 0 1 巾j ib 、内有映 4 文 件、 1 c p / i p ( : 3 k- 字 窗i ( i : m f c i ,提f j ! j 多种i i ; p j 的窗i 1 类:f 1 1- v-窗i 1 ,视图窗日、又 寸 话框、控 件。协 利 ， 类都提供小卜 的功能，们它们都代表某 一 类窗1 1 , iru 月 _ 都足从c wn d 派 而来 图) (: 在m f c i ,图形处理类是 很ir g- 4 的 个系 列， 这个类x 包括两个类别: 没备 几 卜 文 图形 卜卜义。 设各 卜卜 文 代农图形容器，诸如i ll 以在其中 歹 入文 本或绘制图形的窗i 1 或文 件， 所台设 备卜卜 文 类是从c d c类 派 i几 ifi) 来， 向c d c类又 从c o b j e c t 类 派生in 来 图 形设 备 是 川j .绘图 操 作1,1,j个 对象， 19 i f l ic i 形设 备类 都 足 从c g d i o b j e c t 类 派 是 而来 的 ， 而c g d io b j e c t 又 是从c o b j e c t 类派生而来 。图形设 备类 有 点象实 际的绘图设备，如111 11 笔类、v ii i 刷类、调色板类、1x - 域、位图、字体等。 数据库支持 m f c框架支 持两种类n j a 勺 数据库: o d b c类数据! 布 mi c r o s o ft a c c e s s 类数据m t o d b c j 2 提供对很多客) ilk 务器数据w,1 台的支 0，如:o r a c le , s y b a s e . i n f o r m i x , s q l s e v e r 等。 数据1 r1= j允许使) 1 l 被称为 数据0 j f j k 1 象 ( d a t a a c c e s s o b j e c t s ) i ij 对象类i ) , 2 - 2 - 4 mf c应用程序的布局结构 ( 1 : v c + + 6 环境, 1 1 ,提供 p i, h式i l j 文 f ，! 介 刀 j .击 结构: 从 几 对话框的结构 基j 几 单文档的结构模)l? ( s d i ) 基 卜 多文档界肉的结构模型 ( m d i ) 远程测拎系统软设计 前血两种结构川 1 几 实现较简单的应川程序结构，为节省篇幅，我们才 、 做介 绍，而着或介绍 一 f 本系统设l 十 中f 吏 少 月 的多文档界面模型 ( m d ! ) .在多文档界 i n i o t i t i , , 应川程序和单文 档界11 3 ) 模型一样， 使i a 一个l - 框架来客纳菜 p ，1 其 f， 状态t , 但在md i wi n i , c m a i n f r a m e 类是从c md i f r a m e wn d 类派 : 的， n ,v i i j 程序对象结构的基本布局如1.1钊 所示: 图2 - 1 m f c牛 ， 儿 个基木类 之间关系图 2 - 2 - 5 mf c程序设计的文档/ 视模型 mf c的文 档/ 视体系结构将文档，视图进行分 卜 ，文档 仁 要进行数据存储方 面的操作， 而视图则主要进行屏幕显 示方面的操作， 这样，可以在显卜 和数据操 作 l 有更人的灵活性， 可以支持多文档， 多视图。 使得用户可以有吏灵活的界肉 结构。文档/ 视结构的关键是如下四个关键类: c d o c u m e n t 类，应用程序用来存储或控制其数据的对象，还为与文 档相关 联的视图提供数据。 c v i e w . iiti l ll 程序i ii 来5 v ,1 1- 数据， 提供a 1 1 ， 和数据1y 1 交n : , u ir ,s i i i f u m 作也是在该类中实现。 ; _ c f 7 测拧系统软川设i 1 - c f r a m e wn d类，该 -1 象提f r1 f , 1 1 4 x档的个或名个v a ! le i 的枢架窗i 1 , ( i : md i 应i l j 程l i, 4 1 ,至少包含ii i 个窗 i ，个包含 应川程1 资( 没有文档类 ， 之关 联) ， 一 个或多个窗日川j 几 显示存储( i 个 或多个文 档类的应) 程i 济 - c d o c t e m p l a t e 类，x 档模板l ,该类k i 象f a l l 协a 给定类型的 一 个或多个 文 档少 竹a l 基础的文档操作， 竹理们 1 架窗，文 档.干 见 图的配合， 将这il l 对象统 i ; , 理。 2 - 2 - g a i f c应用程序的 基本流程 在wi n d o ws 操作系统 ， ，采川的是消息机制，根据不卜 的消息，如窗i i 消息， 川户产生的消息， 来源j 几 硬件端 ! 的消l . 等不同的消息触发相应的消息响 应程i f ，只需要i l l 鼠标点d i l l l l w 的菜单，就! i1 以完成需要的操i t 。 一 个 j 1 1 mf c ) 发的wi n d o ws 应川# i a f 的流程4 n 图2 - 2 1j i t : : 程序入 i 应川程i y h1 1 始化 1 1 1 女 台 化例程 消息i ll, 环 空闲处理 退出例程 图2 - 2 mf c i , v 川程) 卜 的1 ;l 水 流于 ， m0 # 11 4 , 系统to设i l 2 - 3 多线程技术 2 - 3 - 1 线程的概念 在多任务操作系统中， 线程是程序运行占 据c p u时问片的最小单位， 操作 系统为侮个线程分配 c p u时0 01 ,多仔务操作系统的另个很ir v的概念足进 程，通常我们可以认为进程是系统资源分配的最小单位，c p u为i fj 个进程分 配诸如内存等系统资源， 而线程是运行时间分配的最小单位， 操作系统按照线程 来分配c p u时间的占m, p l : 单 任务系统中 如:d o s )其一个进程其实就相当 1 f l 多仟务系统中的只包含 一 个线程的进程， j 以看作是 一 种特例。在 wi n 3 2 环境中， 征个运行的应i l l 程序都建立一 个进程, 侮个进程由 一 个或多个线程组成. 一 个线程是一条经过进程代码的执行路径。 同一个进程, l ， 的所有线程共享操作系 统为进程分配的所有资源， x 叼月 相同的内存段. 因而在线程间切换的时候可以避 免使1 1 1 - # i : h 文，具有比进程问切换小得多的开销，wi n d o ws操作系 统是 抢先式多任务操作系统， wi n d o ws 在竞争线程中分配p i 得到的c p u时间，山 1 = 侮个时间片很小， 给人的感觉就是多任务同时完成。 线程有不同的优先级， 操 作系统正是依据线程的优先级来分配c p u时间，达到抢先多下 l 务的日的。 抢先多任务及多线程提高了 系统的响应能力及平 滑的后台处理。多线程带 来的好处是:程序员能够完个控制程序片段的执行.从而提高程序执行效率 2 - 3 - 2 线程的优先级 w i n d o w s 9 1 9 8 5 操作系 统依据线程的不同优先级进行调度， 即选抒优先级 最高的线程获得 卜一 c p u时间片，相同优先级以轮循的方 式依次执行，只有当 没有较高优先级线程的时候，较低优先级的线程才能获得处理。 w i n d o w s 9 5 / 9 8 将线程的优先级分为。 - 3 1 共3 2 级，其 1 1 3 1 级为 最.高优 光 级。可以 将他们分为两大类: 。 实时优先级 0 1 变优先级 实时优先级从 1 6 - 3 1 级，是实时程序所拥有的高优先级线程，例如系 统监 拧程序。 可变优先级从 卜1 5 级 ( 0 级为系统保留) ， 绝大部分应j 月 程序的优先级 都是可变优先级。所谓司变是指在运亨 1 过程中可以 动态的改变共优先级。 线程的优先级由两个方面决定: 匹程测i 系统软件设计 所属进程的优先级，这足相对1 几 其他进程的优先级而言 的。 线程的相对优先级，这是相对 于 所属进程的优先级而言的。是进程内部 各个线程之i旬的优先级。 线程的优先级川以通过调t i l 相应的函数进行设w. 2 - 3 - 3 线程的创建 线程的创建有 中 ， 方 法: wi n d o ws 9 5 操作系统的a p i 函数: c r e a t e t h r e a d q . m f c 的全局函数a f k b e g i n t h r e a d ( ) o mf c的c w i n t h r e a d 类的成员a数c w i n t h r e a d : : c r e a t e t h r e a d q . 如果使川后两种方 法， 所创建的线程还有l 作者线程和用户接f i 线程之分， j 二 作者线程没有收发消息的功能， 仪仪是支 持后台操作， 用户无法改变其运行状 况，而) ! j 户接日线程具有收发消 l 的功能，) f 仕 对消l a 进行处理。 2 - 3 - 4 线程的挂起和恢复 为厂 灵活的控制线程， 我们s 对线程的扑起和恢复操作，当程序运行i 付 ， 如果个线程只在某些条件h rr n , 要， 而不足直在发挥作川， 我们就可以将线程 抖起， 以避免c p u时间的浪费， 而在条们满足时再恢复线程， 使其完成起 1 作， 这样，可以得到 史t y i 的 c p u 运1 j 效率。f 吏 川 wi n d o ws 9 5 a p i函数 s u s p e n d t h r e a d q , r e s u m e t li r e a d q 或c w i n t h r e a d 类 成员 函 数 均可 达 到企 一个 线 程中挂起和恢复另一 个线程的目 的。 s u s p e n cl t h r e a d q 函数将当前线( ,! 的f 1: 起次数加，当 挂起次数的值人i . 。 时该线程不运行。r e s m e t h r e a d q lf i 数将线程的挂起次数减一，当 挂起次数为零 时，线程恢复运行，杳则，线程处于 挂起状态。 如果将线程创建在打起状态，那么6 : a川 r e s u m e t h r e a d ( ) 恢复执行之前j it 以完成对线程状态的初始化 曰乍 。 另 外， 可以 调用s le e p ( ) 或s ie e p e x ( ) 将线程挂起指定的 一 段时间， 自 常用i . 川厂 和线程的交互 中， 通过延退执行线程足够长 的时间让 用户观察其结果， 在睡 眠期间线程不会被执行。 远程测控系统软件设计 2 - 3 - 5 线程的终止 有三 种方式终i1- 线程: 调用e x it t h r e a d q 函数: 终止线程， 并将所有附属d l l 的入l 7 点函数川f - 指示d l l 解脱的代码激活。 调用t e r m in a t e t h r e a d q ia 数:直接终i l 线程，不做任何清除i 作。 使用m f c全局函数a f x e n d t h r e a d ( ， 只能终止本线程， 如果v 想终止本 线程以外的其他线程，则必须在两个线程之间设置 通信方式。 2 - 3 - 6 线程的同步 由卜 各个线程之间是独立的运行，这必然需要在不同线程之间建立一种同 步机制，以避免线程之间相互 影响造成混乱，最常见的需要同步的原因有两个: 当两个或多个线程要同时访问共享资源，而资源在同一时刻只能被一个 线程访问或有限个线程同时访问， 这时就控制线程对资源的访问， 也就是需要在 各个线程之间建立一种同步机制。 当两个线程的执行有先后顺序时，为了 保证这两个相互依赖的线程能按 照正确的顺序执行而采用同步。 常用的同步方式有四种:临界区、信号 灯、互斥，事件。 在此对四种同步方式做简要介绍: 信号灯方式 允许一定数量的线程同时访问某个共享资源，当访问资源的线程少f 设定 值时， 信号 灯为有信号 状态， 当访问共享资源的线程数已达到设定值时， 信号 灯 就变成无信号状态， 线程在访问共享资源之前需要先访问信号灯对象， 只有在信 号灯对象处于有信号状态时才能访问共享资源， 否则等待， 直到信号 灯对象变成 有信号 为止。 信号 灯状态的控制方法:当 一 个线程访问共享资源时，就将信号 灯的计数 值加一， 当加到计数器值等于设定值时， 将信号灯设定为无信号;当 一 个线程退 出使用共享资源时， 将信号灯的计数值减一，当小于设定值时， 就将信号 灯恢复 为有信号 状态，此时允许线程访问资源。 在m f c中， 封装信号 灯属性的类是: c s e m a p h o r e o 我们可以使用此类的对 + l 程测j 空 系统软什设计 象来方便的实现信a ; 灯机制，信号 幻 一 也同样用 f 进程问的同步。 互斥 川t 顺序地对某 一 对象访问，即:同时刻只允许一个线程访fi ll 资源，任 何线程想访问共享资源，h 先要访问il i 斥对象， 只有在互斥对象有信号 时才能访 问共享资源，当有线程ih 问资源时，il 斥对象就变为无信号 态， 此时表明资源已 经被占 用， 其他线程只有等待此时访问资源的线程退出访问 后， 才能访问该资源n 当 个线程访问完毕时， 需要 将互 斥对象恢复为有信号 状态， 以保证其他的线程 对资源的正常访问。 封装互 斥的mf c类是: c m u t e x o , 斥机制也可以 用1 - 进程间的同步。 临界区 川 j 几 对 一 段可执行代码进行访问，: 刁 以 将 一 段if要代码放在临界区中，同 一时刻只允许个线程访问临界区中的代码， 临界区有点象互 斥， 但临界区只使 用于同一进程中， 当我们要对某此资源进行访问， 而这种资源只允许同一时刻只 有个用户访问i讨 ， 我们就司以 将访问这此资源的代码放入到临界区中， 程序执 行进入临界区中代码时， 首先要 检查 是否满足 进入临界区的条件， 只有当 满足的 时候才进入，否则需要等待条件满足才能进入。临界区不能川f 进程间的同步。 因为不同的进程拥有不同资源, i t : 代码运行在各自 的内存区域， 封装互斥的mf c 类是: c c r it i c a l s e c t io n ， 事件 允许 一 个线程通知i t 他线程个事 件已经发产 卜 ，也川用 卜 封锁对某资源 的访问直 到线程将它设为有信号 为i 1 : , 如果事件对象为一 个线程所私有， 那么其 他线程无法为其设定信号， 就川能会发 t _ 错误， 所以一 个事件对象不可能属于 个线程，可被不同进程中的线程ij i 问。 在 m f c 1 1 1 , c e v e n t 类封装了 事件同步方式的所有属性，有手 l . 位和自 动复位两种类型，构造函数如 卜 : c e v e n t ( b o o l b i n i t i a l l y o w n = f a l s e , b o o l b m a n u a l r e s e t二 f a l s e , l p c t s t r lp s z n a me = n u l l , l p s e c u r i t y _ a t t r i b u t e s ip s a a t t r i b u t e 二 n u l l) ; 远程测 控系统软件设计 参数b m a n u a l r e s e t 指明该对象是手工类型( t r u e ) 还是自 动类型( f a l s e ) , 参数b l n i t ia ll y o w n为t r u e 表明事件对象有信号， f a l s e 表明无信号 。 2 - 3 - 7 重叠i / o操作 重叠i / o操作是指将文件读写工作在后台完成， 而主线程可以继续执1 i 其他 任务。即利用并行操作来提高程序执行效率。在 wi n d o ws a p i函数 1 1 , r e a d f il e ( ) , w r it e f i le ( ) , r e a d f il e e x ( ) , w r it e f i l e e x ( ) , w a i tc o m m e v e n t q 等函数 都具有重叠操作的能力， 所有具有重叠操作能力的函数都具有重叠操作结构，up 叠操作结构如下: t y p e d e f s t r u c t o v e r l a p p e d d wo r d i n t e rn a l ;/ 与 系统有关的 状态 d wo r d i n t e r n a fig h , / / 传送的 数据长 度 d wo r d o ff s e t , / / 指出一个文件位置以启动传送 d w o r d o ff s e t h ig h ; / / * 送开 始 处字 节 偏 移量高 位 值 h a n d l e h e v e n t ; 1 1 1/ 0完成后标识设置为有信号 的事 件 o v e r l a p p e d ; 当调用了 重叠i / 0操作函数以后， 如果函数返回时1/ o操作己经完成， 则返 回值为 t r u e ，同时 li e v e n t 事件被设置为有信号态，此时给人的感觉就是操作 是同步完成的， 但实际仁 是异步执行的;如果函数返回时1/ o操作未完成，则返 回值为f a l s e , h e v e n t 事件处于无信号状态，直到操作系统完成时，操作系统 将其设置为有信号 状态。 远程测控系统软们设i 1 第三章:与本文相关的通信协议简介 3 - 1 通信协议 3 - 1 - 1 通信协议简介 . 基本概念及o s i 参考模型 协议是通信规则的集合，要达到可靠的通信，需要通信的双方都遵守这些 规则，j 几 足， 就有了协议， 日 于 齐个厂家在发展通信产品的时候都是按照各自的 思路进f l ，造成通信协议很多，i ll 大家所熟悉的 t c p / i p , n e t b e u i, i p x / s p x 等，山于 不同的厂商提供的协议各不相同， 为了 有一个统一的协议标准， 国际标 准化组织i s o在 1 9 8 3 年推出了一个开放系统参考模型o s i , o s i 采用七层结构， 如 下图所示: 应 用 进 程 a 应 用 进 程 b i* 1 3 - 1 o s l 协议模! i 现在我们分别就各层进布 i 说明: 物理层:解决建立、保持、断) l 一条物理电路并提供时钟信号，以便透明 远程测控系统软件设计 地传输比特流，确保比 特无误 传输。 物理层是 o s i 协议模型中直接和硬件打交 道的层，解决诸如传输信道，硬件接口 等问题。涉及的是位流的正 确传输。 链路层:解决在相临接点间帧传输的问题，帧包括地址、序号、校验等控 制信息， 可以进行差错控制， 流量控制等。 链路层的主要任务就是加强物理层传 输原始比特的功能，使之对网络层显现为一条无错线路。 网络层:解决网络之间的分组传输问题，使分组通过多段数据链路传到网 络另一端。 网络层关系到子网的控制， 其中一个关键的问 题就是如何确定从传输 层来的数据包从源端到目 的端如何在网络中选径，也就是通常所说的路由问题， 路由既可以采用网络中固定选径表， 也可以在每次会话开始时确定( 通过端对端 对话决定) ，还可以根据当前网络的负载情况，高度灵活的为每一个分组决定路 径， 如果在子网中同时出现过多的分组， 就有可能相互阻塞通路， 因而还需要山 网络层来防止这种现象。 同时分组可能要经过多个不同结构， 采用不同协议的网 络，网络必需解决异种网 络互连的问 题。 在t c p / i p 协议中， 对应于网络层的是 i p层。 传输层:在网络层提供的服务的基础上，为用户提供端一端服务，解决报 文的传输问题。 传输层协议仅存在于用户计算机中， 在网络交换机中没有传输层 协议。 传输层的根本目的是保证端一端的数据传输， 其基本功能是从会话层接收 数据， 并根据需要将他们划分为比较小的单元， 加上端口 一端口 传输所需要的报 头，然后将其送给网络层。 会话层:管理和协调两个计算机之间的信息交互，提供建立和使用连接的 方法。如单/ 双工的选择等。允许不同机器上的用户之间建立会话关系，会话层 允许进行类似传输层的普通数据传输， 在某些场合还提供了一些有用的增强型服 务， 或则在两台机器间传递文件。 会话层服务之一是管理对话， 会话层允许信息 同时双向传输， 或则任一时刻只能单向 传输， 如果属于后者， 会话层就需要记 录 该哪一方传输， 令牌管理就是一种对话控制方式。 会话服务之二是同步， 会话层 在数据流中插入检查点， 如果由于网络故障或其他原因导致数据传输中断， 不需 要重传所有的数据，而只需要重新传输最后一个检查点之后的数据。 表示层: 解决用户的语法问 题， 如:有哪些数据类型，每种类型如何编码， 数据如何进行加密解密等。 表示层以下的各层只关心在通信实体间可靠的传输数 一 i在收端，则只能按顺序接收到达的帧，如果某帧出 错，则其后的各 帧均抛弃，发方必须t : 发出错帕及其以后的各帧。 假设帧序号川n 表示，发送方在未收到a c k时可连续发送的帧的序号范 川 称为发送窗i i ， 川wt表/ j c 其大小。 接收方可以接收的序号 范围称为接收窗u, 川 wr表示，一般地，wr + w丁 簇2 n， 且 wr - 线程处理模块 模块的处理流程如 卜 所示 变缺定义及初始化， 建 心 个重肴操作结构 ove rl ap p e d o s ; 为 c s对象设置一个句柄， 调用 a p i 函数c r e a t e v e n t ( ) 设置通信事件触发方式为在接 收缓冲队列有数据和发送缓冲 区了 f 数据待发送时触发 no丽 有通信q 计 触 发否， 事件 类型为发 送还呆1 9 收? r ecei v e 向 l 窗口发送有接收数据到消 息: 调1 1 l : :p o s t m e s s a g e q vk 1 数 向土窗口发送有接收数据到消 息: 调用: : p o s t m e s s a g e q 函数 图4 . 1 通信线程处理 远程测拎系统软件设计 2 数据接收模块 负责正确的接收山串口 接收到的数据， 从串日读数据的接收处理子程序的流 程图如 卜 所示: 初始化:设定接收字长， 头尾，校验字符等 接收w 字， 判断首字是否 帧头 ( c c或 a a) 接收到设定字长的字 i i 否? i n 是否超时? 最后一个字节是否为设 定的帧结束符 ( f f ) 舍弃本帧并通知重发 本帧， 校验是否正确? 清零接收缓冲队列，调用 数据处理、显示功能模块 等待下一次接收 图4 . 2 数据接收流程图 3 数据发送模块 在本系统中， 数据通信是全双工的，当鼠标点击或右击控制组件时位图时 开或关该控制组件的指令将被发送出去， 但被控设备的开关状态由 接收到的回答 信号 控制， 只有在判断回答信号值范围， 并确认已正确打开或关闭后， 刁改变状 态显示，发送功能模块的实现是按如下流程图进行的: 远程测控系统软件设计 获取待操作的控制 组i t d号码 装配待发信q . 帧，并将装配 好的发送信息帧送到发送缓 冲区 发送 已装 配好