用Visual C++實(shí)現(xiàn)工控設(shè)備多線(xiàn)程控制程序

作者：清華大學(xué)電子工程系（100084）齊 文 王勇前 曹志剛 來(lái)源：《電子技術(shù)應(yīng)用》 摘要：提出多線(xiàn)程工控制序中最適宜采用工作者線(xiàn)程和事件同步方式，并給出了一個(gè)通用的工控程序框架。 關(guān)鍵詞：多線(xiàn)程 同步 事件 多線(xiàn)程技術(shù)的引入，不僅可以挖掘潛在的cpu空閑時(shí)間，而且還可以提高應(yīng)用程序的瓜速度，其優(yōu)點(diǎn)在有多個(gè)任務(wù)需要完成、有巨大數(shù)據(jù)流量的程序中反映得尤為明顯。而隨著visual c++的引入，其靈活的線(xiàn)程實(shí)現(xiàn)機(jī)制使得程序員從繁瑣的windows編程中解脫出來(lái)。關(guān)于多線(xiàn)程基本機(jī)理和實(shí)現(xiàn)方法近年來(lái)有許多文章介紹，這里不再贅述。本文將側(cè)重于比較在工控程序中采用各種線(xiàn)程類(lèi)型和同步方法的優(yōu)劣，并給出一個(gè)實(shí)用的、有較廣適應(yīng)性的程序主體框架。 1 各種線(xiàn)程類(lèi)型和同步方法 1.1 線(xiàn)程類(lèi)型 visual c++中線(xiàn)程分為工作者線(xiàn)程（worker thread）和用戶(hù)界面線(xiàn)程（user interface thread）兩大類(lèi)。 用戶(hù)界面線(xiàn)程的特點(diǎn)是擁有單獨(dú)的消息隊(duì)列，可以具有自己的窗口界面，能夠?qū)κ录陀脩?hù)輸入做出響應(yīng)，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)由cwinthread派生出一個(gè)類(lèi)。但其缺點(diǎn)是當(dāng)需要停止或撤銷(xiāo)當(dāng)前正在運(yùn)行的線(xiàn)程而向其發(fā)送中止消息后，只有在消息隊(duì)列中排在前面的消息被一一處理完之后，線(xiàn)程才能接受中止消息并停止當(dāng)前工作，這對(duì)cpu是一種浪費(fèi)，在對(duì)實(shí)時(shí)性要求較高的工控程序中是不可容忍的。 工作者線(xiàn)程選用于處理后臺(tái)任務(wù)，而不影響用戶(hù)對(duì)應(yīng)用程序的使用。工作者線(xiàn)程僅僅由一個(gè)函數(shù)體實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，便 于編程者控制，與事件同步方法相配合能對(duì)中止消息做出較快反應(yīng)。 1.2 同步方法 在多線(xiàn)程應(yīng)用程序中，兩個(gè)或更多的線(xiàn)程同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)相同數(shù)據(jù)會(huì)導(dǎo)致不可預(yù)知的結(jié)果，因此保持線(xiàn)程間的同步是一個(gè)不可或缺的環(huán)節(jié)。visual c++提供了四種同步方法：臨界區(qū)（critial section）、信號(hào)燈（semaphore）、互斥量（mutex）和事件（event）。 其中采用臨界區(qū)、信號(hào)燈或互斥量進(jìn)行同步時(shí)，線(xiàn)程間的同步過(guò)程由操作系統(tǒng)完全控制，系統(tǒng)僅僅防止多個(gè)線(xiàn)程對(duì)同一資源的同時(shí)使用，而相同優(yōu)先級(jí)的線(xiàn)程對(duì)同一資源的使用順序是編程者無(wú)法控制的。而在一般工控系統(tǒng)中，當(dāng)主控臺(tái)下方設(shè)備數(shù)據(jù)變化時(shí)，應(yīng)能及時(shí)中止當(dāng)前的計(jì)算（如果當(dāng)前計(jì)算未完成的話(huà)）并根據(jù)新的數(shù)據(jù)開(kāi)始新一輪的計(jì)算，因而需求各線(xiàn)程對(duì)所處理的數(shù)據(jù)有一定的操作次序。 事件同步是通過(guò)鈄事件自身設(shè)置為有信號(hào)或無(wú)信號(hào)來(lái)通知其它線(xiàn)程某一操作已完成或尚款完成，其設(shè)置可由編程人員手工完成，適合于工控程序應(yīng)用。盡管事件同步方式平均效率比上面三種方式稍低，但在工控程序應(yīng)用中相對(duì)于因數(shù)據(jù)未能及時(shí)更新而導(dǎo)致大量的無(wú)用計(jì)算及其對(duì)實(shí)時(shí)性的損害來(lái)講，這是非常值得的。 下面介紹的是筆者參與某‘九五’預(yù)研項(xiàng)目中所設(shè)計(jì)的主控臺(tái)程序的基本框架，這個(gè)程序框架應(yīng)能適用于大多數(shù)工控系統(tǒng)的主控程序。 2 軟件框架 一般工控系統(tǒng)的主控部分通常所必須完成的兩件事是：（1）通過(guò)通信端口與下端設(shè)備通信，接收下端設(shè)備傳來(lái)的數(shù)據(jù)或向下端設(shè)備發(fā)送指令；（2）對(duì)下端設(shè)備所傳數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 與之相對(duì)應(yīng)，該軟件具有一個(gè)主線(xiàn)程和兩個(gè)子線(xiàn)程，其中一個(gè)子線(xiàn)程為通信線(xiàn)程，另一個(gè)為計(jì)算線(xiàn)程。主線(xiàn)程是windows下每個(gè)應(yīng)用程序都具備的，負(fù)責(zé)線(xiàn)程間的同步、向計(jì)算線(xiàn)程和通信線(xiàn)程傳遞參數(shù)、管理人機(jī)界面、接收用戶(hù)輸入、數(shù)據(jù)庫(kù)的操作和管理等功能。能信線(xiàn)程通過(guò)通信端口（可以是串口、并口或網(wǎng)絡(luò)接口等）負(fù)責(zé)與下端的設(shè)備進(jìn)行通信并交換數(shù)據(jù)，當(dāng)存在多級(jí)控制結(jié)構(gòu)時(shí)，還可用來(lái)與更高一級(jí)的控制設(shè)備進(jìn)行通信并向上傳遞數(shù)據(jù)。計(jì)