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多线程技术及其在VC + + 串口通信程序中的应用袁唯才1，程向民2，王辉3，史岩4，张翼5（1，2，3，4，5，中国人民保险公司江西省公司,江西南昌330008）摘要：详细介绍了多线程的原理和使用方法,就VC + + 中串口通信问题使用多线程作了例程,实际运行结果表明了这种编程方法的正确性和可靠性。关键词：多线程; 串行通信; 同步; 进程中图分类号：TP31 文献标识码：A作者简介：袁唯才(1975-) ，男,江西九江人，研究方向为数据库。（）0 引言当前流行的Windows 操作系统,它能同时运行几个程序(独立运行的程序又称之为进程) ,对于同一个程序,它又可以分成若干个独立的执行流,我们称之为线程,线程提供了多任务处理的能力。用进程和线程的观点来研究软件是当今普遍采用的方法。在现代的各种实时监控系统和通信系统中,在Windows9X/NT 下利用VC + + 对RS2232 串口编程是常用的手段。本文详细介绍了基于多线程技术的串口通信编程方法,并给出了例程。1 VC + + 对多线程的支持Windows 9X/ NT是抢先式的多任务操作系统,程序对CPU 的占用时间由系统决定。多任务指的是系统可以同时运行多个进程,每个进程又可以同时执行多个线程。进程是应用程序的运行实例,由私有的虚拟地址空间、代码、数据和其它系统资源组成。每个进程拥有一个主线程, 同时还可以建立其他的线程。进程在运行时创建的资源随着进程的终止而死亡。线程是操作系统分配CPU 时间的基本实体,每个线程占用的CPU 时间由系统分配,系统不停地在线程之间切换。它是一个独立的执行流,是进程内部一个独立的执行单元,相当于一个子程序,它对应Visual C+ + 中的CWinThread 类的对象。进程中的线程共享进程的虚拟地址空间,可以访问进程的资源,处于并行执行状态。在VC + + 6. 0 下,MFC 应用程序的线程由CWinThread 对象表示。线程被分为两种:用户界面线程和工作线程(又称为后台线程) 。用户界面线程通常用来处理用户的输入并响应各种事件和消息,其实,应用程序的主执行线程CWinAPP 对象就是一个用户界面线程,当应用程序启动时自动创建和启动,同样它的终止也意味着该程序的结束,进程终止。工作线程用来执行程序的后台处理任务,比如计算、调度、对串口的读写操作等,它和用户界面线程的区别是它不用从CWinThread类派生来创建,对它来说最重要的是如何实现工作线程任务的运行控制函数。工作线程和用户界面线程启动时要调用同一个函数的不同版本;最后需要读者明白的是,一个进程中的所有线程共享它们父进程的变量,但同时每个线程可以拥有自己的变量。程序一般不需要直接创建CWinThread 对象,通过调用AfxBeginThread ( ) 函数就会自动创建一个CWinThread 对象,从而开始一个进程。创建上述的两种线程都利用这个函数。线程的终止取决于下列事件之一:线程函数返回;线程调用ExitThread () 退出;异常情况下用线程的句柄调用TerminateThread ( ) 退出;线程所属的进程被终止。2 多线程在串口通信中的应用2. 1 串口通信对线程同步的要求因为同一进程的所有线程共享进程的虚拟地址空间,而在Windows 9X/ NT 系统下线程是汇编级中断,所以有可能多个线程同时访问同一个对象。这些对象可能是全局变量,MFC 的对象,MFC 的API 等。使用多线程的过程中需要注意的问题是如何防止两个或两个以上的线程同时访问同一个数据,以免破坏数据的完整性。保证各个线程可以在一起适当地协调工作称为线程之间的同步。串口通信的几个特点决定了必须采用措施来同步线程的执行。串口通信中,对于每个串口对象,只有一个缓冲区,发送和接收都要用到,必须建立起同步机制,使得在一个时候只能进行一种操作,否则通信就会出错。进行串口通信处理的不同线程之间需要协调运行。如果一个线程必须等待另一个线程结束才能运行,则应该挂起该线程以减少对CPU 资源的占用,通过另一进程完成后发出的信号(线程间通信) 来激活。Visual C + + 中使用同步类来解决操作系统的并行性而引起的数据不安全的问题,MFC 支持的七个多线程的同步类可以分成两大类: 同步对象(Csyn2cObject、Csemaphore 、Cmutex、CcriticalSection 和Cevent )和同步访问对象(CmultiLock 和CsingleLock) 。本文主要介绍信号量(semaphore) 、互斥(mutexe) 、事件(event)和临界区(critical section) ,这些同步对象使各个线程协调工作,程序运行起来更安全。(1) Csemaphore :信号量对象,允许一定数目的线程访问某个共享资源,常用来控制访问共享资源的线程数量。(2) Cmutex :互斥量对象,一个时刻至多只允许一个线程访问某资源,未被占用时处于有信号状态,可以实现对共享资源的互斥访问。(3) Cevent :事件对象,用于使一个线程通知其他线程某一事件的发生,所以也可以用来封锁对某一资源的访问,直到线程释放资源使其成为有信号状态。适用于某一线程等待某事件发生才能执行的场合。(4) CcriticalSection :临界区对象,将一段代码置入临界区,只允许最多一个线程进入执行这段代码。一个临界区仅在创建它的进程中有效。2. 2 等待函数Win32 API 提供了能使线程阻塞其自身执行的等待函数,等待其监视的对象产生一定的信号才停止阻塞,继续线程的执行。其意义是通过暂时挂起线程减少对CPU 资源的占用。在某些大型监控系统中,串口通信只是其中事务处理的一部分,所以必须考虑程序执行效率问题,当串口初始化完毕后,就使其处于等待通信事件的状态,减少消耗的CPU 时间,提高程序运行效率。常用的等待函数是WaitForSingleObject ( ) 和Wait2ForMultipleObjects ( ) ,前者可监测单个同步对象,后者可同时监测多个同步对象。2. 3 串口通信的重叠I/ O 方式MFC对于串口作为文件设备处理,用CreateFile() 打开串口,获得一个串口句柄。打开后SetComm2State () 进行端口配置,包括缓冲区设置,超时设置和数据格式等。成功后就可以调用函数ReadFile ( ) 和WriteFile () 进行数据的读写,用WaitCommEvent () 监视通信事件。CloseHandle () 用于关闭串口。在ReadFile () 和WriteFile ( ) 读写串口时,可以采取同步执行方式,也可以采取重叠I/ O 方式。同步执行时,函数直到执行完毕才返回,因而同步执行的其他线程会被阻塞,效率下降;而在重叠方式下,调用的读写函数会立即返回, I/ O 操作在后台进行,这样线程就可以处理其他事务。这样,线程可以在同一串口句柄上实现读写操作,实现重叠。使用重叠I/ O 方式时,线程要创建OVERLAPPED结构供读写函数使用,该结构最重要的成员是hEvent事件句柄。它将作为线程的同步对象使用,读写函数完成时hEvent 处于有信号状态,表示可进行读写操作;读写函数未完成时,hEvent 被置为无信号。3 程序关键代码的实现程序专门建立了一个串口通信类,下面给出关键成员函数的代码。BOOL InitCommHANDLE m_hComm;COMMTIMEOUTS m CommTimeouts ;M_hComm = CreateFile(COM1,GENERIC READ| GENERIC WRITE , 0 , NULL , OPEN EXISTING,FILE FLAG OVERLAPPED , 0) ;if (m_hComm = = INVALID HANDLE VALUE) return FALSE;M_CommTimeouts. ReadIntervalTimeout = 5000 ;,m_CommTimeouts. ReadTotalTimeoutMultiplier = 2000 ;m_CommTimeouts. ReadTotalTimeoutConstant = 10000 ;m_CommTimeouts.WriteTotalTimeoutMultiplier = 2000 ;m_CommTimeouts.WriteTotalTimeoutConstant = 10000 ;if ( ! SetCommTimeouts(m hComm , &m CommTimeouts) )CloseHandle (m hComm) ;return FALSE;PurgeComm(m hComm , PURGE RXCLEAR | PURGE TX2CLEAR | PURGE RXABORT | PURGE TXABORT) ; return TRUE;以上是专门针对COM1 的初始化,如要利用同一函数对不同串口初始化,则要在初始化前先进入代码临界区,以保证在某一时刻只进行一个串口的初始化。在串口初始化成功后,就可以建立监控线程处理串口通信事件。UINT CommThread(LPVOID pParam) 作者线程BOOL bResult = FALSE;if (m hComm) PurgeComm(m hComm , PURGE RXCLEAR | PURGE TX2CLEAR | PURGE RXABORT | PURGE TXABORT) ;for ( ; ;) bResult = WaitCommEvent (m hComm , &Event , &m ov) ;if ( ! bResult)elseEvent = WaitForMultipleObjects(4 , m hEvent , FALSE , IN2FINITE) ;switch (Event)return 0 ;这样监控主程序就可使用AfxBeginThread () 函数来产生CommThread 串口监控线程。如要实现对所有端口的同时监控,可分别对端口建立监控线程