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

作者：清華大學(xué)電子工程系（100084）齊 文 王勇前 曹志剛 來源：《電子技術(shù)應(yīng)用》 摘要：提出多線程工控制序中最適宜采用工作者線程和事件同步方式，并給出了一個(gè)通用的工控程序框架。 關(guān)鍵詞：多線程 同步 事件 多線程技術(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。關(guān)于多線程基本機(jī)理和實(shí)現(xiàn)方法近年來有許多文章介紹，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程類型和同步方法的優(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 各種線程類型和同步方法 1.1 線程類型 visual c++中線程分為工作者線程（worker thread）和用戶界面線程（user interface thread）兩大類。 用戶界面線程的特點(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陀脩糨斎胱龀鲰憫?yīng)，具體實(shí)現(xiàn)時(shí)由cwinthread派生出一個(gè)類。但其缺點(diǎn)是當(dāng)需要停止或撤銷當(dāng)前正在運(yùn)行的線程而向其發(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，線程才能接受中止消息并停止當(dāng)前工作，這對cpu是一種浪費(fèi)，在對實(shí)時(shí)性要求較高的工控程序中是不可容忍的。 工作者線程選用于處理后臺(tái)任務(wù)，而不影響用戶對應(yīng)用程序的使用。工作者線程僅僅由一個(gè)函數(shù)體實(shí)現(xiàn)，其實(shí)現(xiàn)簡單，便 于編程者控制，與事件同步方法相配合能對中止消息做出較快反應(yīng)。 1.2 同步方法 在多線程應(yīng)用程序中，兩個(gè)或更多的線程同時(shí)訪問相同數(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)，線程間的同步過程由操作系統(tǒng)完全控制，系統(tǒng)僅僅防止多個(gè)線程對同一資源的同時(shí)使用，而相同優(yōu)先級(jí)的線程對同一資源的使用順序是編程者無法控制的。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）并根據(jù)新的數(shù)據(jù)開始新一輪的計(jì)算，因而需求各線程對所處理的數(shù)據(jù)有一定的操作次序。 事件同步是通過鈄事件自身設(shè)置為有信號(hào)或無信號(hào)來通知其它線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)用中相對于因數(shù)據(jù)未能及時(shí)更新而導(dǎo)致大量的無用計(jì)算及其對實(shí)時(shí)性的損害來講，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）通過通信端口與下端設(shè)備通信，接收下端設(shè)備傳來的數(shù)據(jù)或向下端設(shè)備發(fā)送指令；（2）對下端設(shè)備所傳數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。 與之相對應(yīng)，該軟件具有一個(gè)主線程和兩個(gè)子線程，其中一個(gè)子線程為通信線程，另一個(gè)為計(jì)算線程。主線程是windows下每個(gè)應(yīng)用程序都具備的，負(fù)責(zé)線程間的同步、向計(jì)算線程和通信線程傳遞參數(shù)、管理人機(jī)界面、接收用戶輸入、數(shù)據(jù)庫的操作和管理等功能。能信線程通過通信端口（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)