PC機與嵌入式系統的多線(xiàn)程串行通信實(shí)現

摘要   敘述了PC機與嵌入式計算機系統的多線(xiàn)程串行通信的實(shí)現。介紹了多線(xiàn)程設計思想的必要性，給出了程序設計流程。
關(guān)鍵詞   多線(xiàn)程；串行通信

　　1、引言

　　目前，先進(jìn)的嵌入式計算機以其優(yōu)良的品質(zhì)、高可靠性及模塊化，廣泛地應用于工業(yè)控制、航空航天、醫療、智能儀表、通信、數控、自動(dòng)化生產(chǎn)設備、數據采集等領(lǐng)域。在實(shí)際應用中，有時(shí)需要借助微機強大的數據處理能力和豐富的軟件資源，使得組成的系統功能更為強大。這樣，為了提升系統的整體性能，必須實(shí)現PC機和嵌入式計算機之間的通信。在導航儀生產(chǎn)管理中，由于串行通信具有連接簡(jiǎn)單、使用靈活方便、數據傳遞可靠等優(yōu)點(diǎn)，采用串行通信方式進(jìn)行數據下載。但由于Windows 95/98對系統底層操作采取了屏蔽的策略，不允許用戶(hù)對硬件I/O口進(jìn)行直接操作，進(jìn)行串行通信只能通過(guò)調用API函數來(lái)完成；同時(shí)Windows 9x通過(guò)消息隊列驅動(dòng)管理程序，DOS中斷服務(wù)例程在其下面也很難實(shí)現，且實(shí)時(shí)性和可靠性都得不到保證；因此通過(guò)多線(xiàn)程編程解決這一問(wèn)題，且能提高數據傳輸的吞吐量和應用程序的可靠性。

　　2、系統功能簡(jiǎn)介及基本結構

　　本文以導航儀生產(chǎn)管理系統為背景進(jìn)行論述?，F場(chǎng)的嵌入式計算機給PC機上傳所存儲的信息，并從PC機上下載最新的版本信息。而嵌入式計算機發(fā)送回來(lái)的數據可以通過(guò)PC機的人機界面生動(dòng)實(shí)時(shí)地向用戶(hù)顯示。系統基本結構如圖1所示。PC機與嵌入式計算機(從機)之間按照RS-485協(xié)議連接。

　　3、多線(xiàn)程串行通信實(shí)現流程

　　3.1 用API函數實(shí)現串行通信的基本流程

　　如圖2所示，首先CreatFile()函數打開(kāi)通信資源，之后配置通信資源屬性由以下API函數完成：SetupComm()設置串行通信端口的輸入和輸出緩沖區的大??；通過(guò)設備控制塊DCB修改和設置串口工作狀態(tài)的參數，如波特率、數據位、奇偶校驗位等通信參數，SetCommState()將DCB結構中的內容寫(xiě)入串口設置；SetCommTimeouts()設置串口讀寫(xiě)操作的溢出時(shí)間。設置工作完成后串行通信可用ReadFile( )對通信資源進(jìn)行讀操作，WriteFile()進(jìn)行寫(xiě)操作。

　　串行通信結束時(shí)調用函數CloseHandle()來(lái)關(guān)閉CreateFile()函數返回的串口句柄。

　　3.2  PC機的程序實(shí)現流程

　　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)程的兩個(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；由于異步串行通信事件的隨機性和實(shí)時(shí)性，要求通信線(xiàn)程優(yōu)先于主線(xiàn)程被處理，所以設置各線(xiàn)程的優(yōu)先級別如下：

　　讀線(xiàn)程的優(yōu)先級>寫(xiě)線(xiàn)程的優(yōu)先級>主線(xiàn)程的優(yōu)先級。

　　在PC機端，創(chuàng )建輔助線(xiàn)程實(shí)時(shí)監視串口通信狀態(tài)，并由串口通信監視線(xiàn)程根據通信狀態(tài)向主線(xiàn)程發(fā)送相應的消息，由主線(xiàn)程分析處理。多線(xiàn)程串行通信法的最大優(yōu)點(diǎn)是程序對接收數據具有自主覺(jué)察能力，一旦輔助的通信監視線(xiàn)程查詢(xún)到數據已經(jīng)發(fā)送到串行口上，輔助線(xiàn)程自動(dòng)接收數據后，向主線(xiàn)程發(fā)送數據接收到的消息，應用程序可根據該消息來(lái)處理通信串口傳送過(guò)來(lái)的數據，并且采用通信監視線(xiàn)程不占用CPU時(shí)間。

　　程序實(shí)現建立輔線(xiàn)程：串口讀線(xiàn)程，完成串口通信操作，用來(lái)監視和管理串口通信的輸入。讀線(xiàn)程一直等待，從通信串口讀取數據并傳輸給主線(xiàn)程處理。主線(xiàn)程除完成串口通信資源的打開(kāi)、參數配置以及關(guān)閉的工作外，還要完成讀線(xiàn)程的創(chuàng )建及關(guān)閉、多線(xiàn)程的協(xié)調、數據的中間處理與前端的人機交互等工作。

　　圖3為PC機的串口通信流程圖。左邊為主線(xiàn)程，右邊為子線(xiàn)程。實(shí)線(xiàn)框內為用戶(hù)界面的視類(lèi)函數，虛線(xiàn)框內為通信類(lèi)函數。用戶(hù)通過(guò)VC設計的界面上的控件打開(kāi)串口，并且發(fā)送數據。當對串口的參數設置完畢，串口成功打開(kāi)的同時(shí)，子線(xiàn)程即接收線(xiàn)程開(kāi)始運行。用戶(hù)發(fā)送數據的同時(shí)，接收線(xiàn)程的控制函數也同時(shí)運行，當控制函數接收到讀串口事件時(shí)，調用讀串口函數，讀取串口接收到的數據。子線(xiàn)程一直運行，也不斷的讀取接收到的數據，并顯示在用戶(hù)的界面上。當用戶(hù)關(guān)閉串口，主線(xiàn)程要終止，此時(shí)子線(xiàn)程也收到主線(xiàn)程發(fā)送的關(guān)閉串口事件，終止線(xiàn)程，關(guān)閉串口。

　　在實(shí)際通信過(guò)程中，由于干擾等原因，數據傳輸可能發(fā)生錯誤，因此還要加上實(shí)時(shí)錯誤處理以保證數據正常傳輸。這里不再贅述。

　　3.3  嵌入式從機的程序實(shí)現流程

　　在嵌入式從機部分，通信實(shí)現采用的是單線(xiàn)程，初始化設備之后等待通信數據，如果數據到達，則調用接收函數接收PC機數據，并將數據解析，返回結果向PC機發(fā)送數據。如果沒(méi)有數據則繼續等待。程序流程圖如圖4所示

　　4、 結束語(yǔ)

　　本文分析了多線(xiàn)程技術(shù)在實(shí)現PC機與單片機串口通信程序中的作用。通過(guò)兩個(gè)通信線(xiàn)程并發(fā)執行,加以同步管理,應用程序能夠在發(fā)送數據的同時(shí)接收數據,實(shí)時(shí)響應性強，高效可靠，有效地避免了數據丟失、程序鎖死等問(wèn)題。在實(shí)際應用中結果令人滿(mǎn)意。

　　參考文獻：

　　[1] Mark Nelson. 串行通信開(kāi)發(fā)指南.瀟湘工作室譯.M. 北京：中國水利水電出版社,2000.
　　[2]求是科技 譚思亮等.Visual C++串口通信工程開(kāi)發(fā)實(shí)例導航.M.北京：人民郵電出版社,2001
　　[3]李朝青. PC機與單片機數據通信技術(shù).C. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社,2001.