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

    在工業(yè)控制領域中，串行通信以其傳輸距離長，數據可靠性高、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。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，它不但包含可執(zhí)行的程序代碼，并且還有數據，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，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
    使用Win32API函數CreatFile()打開串口資源，而后使用SetCommState()對DCB(Device Control Block)數據結構里的參數設置，例如波特率、停止位、數據位、校驗位等；SetComm()函數實現讀寫緩沖區(qū)的設置。GetCommTimeouts()和SetCommTimesout()函數重新設置讀寫的超時函數，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ReadFile()和函數Write File()對串口數據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CloseHandle()關閉通信函數的句柄、清除通信事件，釋放通信資源。其流程如圖1所示。

3 多線程編程異步串行通信的實現
    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)生的隨機性和傳輸的實時性，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SetThre ad Pri ority(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。能夠主動探測到數據的接收與發(fā)送是利用多線程實現串行通信的突出特點。輔助通信線程一旦探測到數據已經發(fā)送到串口上，輔助通信線程就會自動接收數據。數據接收完畢，其就向主線程發(fā)送數據接收的消息，串口通信數據的讀線程也是如此。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據。
    采用多線程技術編程，從MFC的線程對象CThread類，建立輔助線程串口讀線程(sc_readthread)和寫線程(sc_writethread)，實現串口通信的操作，以此監(jiān)測和管理串口通信數據的輸入和輸出。讀線程實現從通信串口讀取數據并輸送給主線程，寫線程接收主線程發(fā)送來的數據，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、多線程的協調、數據的中間處理等工作。

    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，便于數據訪問控制的特點，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據，每次只允許一個線程有權訪問被保護的數據。lnitializeCriticalSection()函數初始化臨界區(qū)對象，分配臨界區(qū)對象資源，使用EnterCriticalSection()和LeaveCritica ISection()函數來進入和退出數據保護狀態(tài)。
    依據以上思路，把監(jiān)控安防系統中，上位機需要訪問網絡控制器的串行通信函數全部做成一個動態(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。

4 動態(tài)鏈接庫函數的VB調用
    由于監(jiān)控安防系統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。本設計的部分動態(tài)鏈接庫函數在VB哩的聲明如下：

5 結語
    針對串行通信控件的不靈活性和WinAPI函數的代碼利用率低的特點，提出了利用動態(tài)鏈接庫實現串口的通信，既能實時監(jiān)測串口和靈活的傳輸通信數據，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)控安防系統中，比較理想地實現上位機和控制器之間的通信。