基于VC的多線(xiàn)程異步串行通信動(dòng)態(tài)鏈接庫設計

摘要：串行通信在工業(yè)控制領(lǐng)域一直占據著(zhù)著(zhù)重要的地位，上位機對串行接口的訪(fǎng)問(wèn)一般是使用開(kāi)發(fā)環(huán)境的串行通信控件。在此詳細討論了基于VC開(kāi)發(fā)環(huán)境的異步串行通信動(dòng)態(tài)鏈接庫的開(kāi)發(fā)、設計過(guò)程，基于該動(dòng)態(tài)鏈接庫，在開(kāi)發(fā)的監控安防項目中上位機訪(fǎng)問(wèn)組網(wǎng)的控制器時(shí)，工作良好。
關(guān)鍵詞：串行通信；多線(xiàn)程；動(dòng)態(tài)鏈接庫；VC開(kāi)發(fā)環(huán)境

在工業(yè)控制領(lǐng)域中，串行通信以其傳輸距離長(cháng)，數據可靠性高、便于總線(xiàn)化等優(yōu)點(diǎn)，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(kāi)發(fā)環(huán)境的串行通信控件來(lái)實(shí)現的，而這些控件是封裝好的，在使用簡(jiǎn)便的同時(shí)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(xiàn)程串行通信都是不理想的，為此本文討論了基于VC開(kāi)發(fā)環(huán)境的異步串行通信動(dòng)態(tài)鏈接庫的開(kāi)發(fā)、設計過(guò)程，基于本文的動(dòng)態(tài)鏈接庫，在開(kāi)發(fā)的監控安防項目中上位機訪(fǎng)問(wèn)組網(wǎng)的控制器時(shí)，工作良好。

1 DLL原理
動(dòng)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(lǐng)域。在進(jìn)行大型程序設計時(shí)，利用DLL可將系統程序分解成一系列的主程序和DLL，進(jìn)而減少開(kāi)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(fǎng)問(wèn)的速度可以得到大幅度的提高；另外，若基層程序的某個(gè)部分改變了，上層應用程序不用改動(dòng)，只修改相應的DLL文件就可以了。
當應用程序使用DLL文件時(shí)，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(dòng)態(tài)鏈接庫文件函數的入口點(diǎn)和接口，當應用程序執行到DLL文件時(shí)，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(gè)DLL文件，當沒(méi)應用程序使用DLL時(shí)，系統就將它從內存中清除，進(jìn)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(shí)才實(shí)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(shí)現
使用Win32API函數CreatFile()打開(kāi)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(shí)現讀寫(xiě)緩沖區的設置。GetCommTimeouts()和SetCommTimesout()函數重新設置讀寫(xiě)的超時(shí)函數，以此時(shí)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()監控通
信事件，在Windows環(huán)境下，串口通信的訪(fǎng)問(wèn)操作和文件的讀寫(xiě)操作一樣，用函數ReadFile()和函數Write File()對串口數據的讀寫(xiě)是在用戶(hù)事先定義的讀寫(xiě)緩沖區中進(jìn)行。通信完畢，斷開(kāi)串行通信連接，用函數CloseHandle()關(guān)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(xiàn)程編程異步串行通信的實(shí)現
在多線(xiàn)程的串口I／O通信編程中，將對串口的讀、寫(xiě)操作視為同一進(jìn)程的2個(gè)不同任務(wù)，創(chuàng )建讀線(xiàn)程和寫(xiě)線(xiàn)程分別完成對串口的讀寫(xiě)操作；由于工業(yè)控制領(lǐng)域異步串行通信事件發(fā)生的隨機性和傳輸的實(shí)時(shí)性，要求通信線(xiàn)程優(yōu)先于主線(xiàn)程被處理，所以在讀寫(xiě)線(xiàn)程的中用SetThre ad Pri ority(handle[0]，THREAD_PRIORITY_HIGHEST)來(lái)完成讀寫(xiě)線(xiàn)程優(yōu)先級的設置。
在PC機上，創(chuàng )建輔助串行通信監測線(xiàn)程來(lái)實(shí)時(shí)監測串口資源的通信狀態(tài)，按照監測到的通信狀態(tài)，向主線(xiàn)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(dòng)探測到數據的接收與發(fā)送是利用多線(xiàn)程實(shí)現串行通信的突出特點(diǎn)。輔助通信線(xiàn)程一旦探測到數據已經(jīng)發(fā)送到串口上，輔助通信線(xiàn)程就會(huì )自動(dòng)接收數據。數據接收完畢，其就向主線(xiàn)程發(fā)送數據接收的消息，串口通信數據的讀線(xiàn)程也是如此。應用程序通過(guò)對通信輔助線(xiàn)程發(fā)送來(lái)消息的分析，來(lái)處理通信串口通信的數據。
采用多線(xiàn)程技術(shù)編程，從MFC的線(xiàn)程對象CThread類(lèi)，建立輔助線(xiàn)程串口讀線(xiàn)程(sc_readthread)和寫(xiě)線(xiàn)程(sc_writethread)，實(shí)現串口通信的操作，以此監測和管理串口通信數據的輸入和輸出。讀線(xiàn)程實(shí)現從通信串口讀取數據并輸送給主線(xiàn)程，寫(xiě)線(xiàn)程接收主線(xiàn)程發(fā)送來(lái)的數據，并將其輸送到串行通信端口輸出。主線(xiàn)程除完成串口資源的打開(kāi)、參數配置的部分工作外，還要完成讀寫(xiě)輔助通信線(xiàn)程的創(chuàng )建以及關(guān)閉、多線(xiàn)程的協(xié)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(xiě)線(xiàn)程的流程如圖3所示，串口讀線(xiàn)程的流程如圖4所示。
臨界區對象具有同步線(xiàn)程迅速，便于數據訪(fǎng)問(wèn)控制的特點(diǎn)，為此編程時(shí)使用臨界區(Critical Setion)同步技術(shù)來(lái)同步線(xiàn)程串行通信中的各線(xiàn)程，防止串行通信多線(xiàn)程間的沖突和死鎖。臨界區對象的作用是保護主線(xiàn)程與讀寫(xiě)線(xiàn)程之間的共享數據，每次只允許一個(gè)線(xiàn)程有權訪(fǎng)問(wèn)被保護的數據。lnitializeCriticalSection()函數初始化臨界區對象，分配臨界區對象資源，使用EnterCriticalSection()和LeaveCritica ISection()函數來(lái)進(jìn)入和退出數據保護狀態(tài)。
依據以上思路，把監控安防系統中，上位機需要訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )控制器的串行通信函數全部做成一個(gè)動(dòng)態(tài)連接庫文件。但是在發(fā)布上位機應用程序時(shí)，需要把此動(dòng)態(tài)連接庫一起發(fā)布。

4 動(dòng)態(tài)鏈接庫函數的VB調用
由于監控安防系統的人機交互界面是使用VB開(kāi)發(fā)的，本設計的動(dòng)態(tài)連接庫的調用是，在VB開(kāi)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(kāi)發(fā)好的動(dòng)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(dòng)態(tài)鏈接庫函數在VB哩的聲明如下：

5 結語(yǔ)
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(diǎn)，提出了利用動(dòng)態(tài)鏈接庫實(shí)現串口的通信，既能實(shí)時(shí)監測串口和靈活的傳輸通信數據，又提高了代碼的效率?；诒疚乃枷朐O計的動(dòng)態(tài)鏈接庫，在開(kāi)發(fā)的監控安防系統中，比較理想地實(shí)現上位機和控制器之間的通信。