基于VC的多線程異步串行通信動態(tài)鏈接庫設(shè)計

摘要：串行通信在工業(yè)控制領(lǐng)域一直占據(jù)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(shè)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(wǎng)的控制器時，工作良好。
關(guān)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(lǐng)域中，串行通信以其傳輸距離長，數(shù)據(jù)可靠性高、便于總線化等優(yōu)點，一直是設(shè)備與上位機或者設(shè)備與設(shè)備間通信的主要接口。傳統(tǒng)的上位機和工控設(shè)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(xiàn)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(shù)。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(shè)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(wǎng)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(shù)據(jù)，各種資源，因而擴大了庫文件的應用領(lǐng)域。在進行大型程序設(shè)計時，利用DLL可將系統(tǒng)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(shù)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(nèi)存，不管多少應用程序用DLL，內(nèi)存中只加載一個DLL文件，當沒應用程序使用DLL時，系統(tǒng)就將它從內(nèi)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(diào)用DLL的地址轉(zhuǎn)換是在DLL加載時才實現(xiàn)，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(xiàn)
使用Win32API函數(shù)CreatFile()打開串口資源，而后使用SetCommState()對DCB(Device Control Block)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)里的參數(shù)設(shè)置，例如波特率、停止位、數(shù)據(jù)位、校驗位等；SetComm()函數(shù)實現(xiàn)讀寫緩沖區(qū)的設(shè)置。GetCommTimeouts()和SetCommTimesout()函數(shù)重新設(shè)置讀寫的超時函數(shù)，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(shù)建立通信事件，而后調(diào)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(shù)ReadFile()和函數(shù)Write File()對串口數(shù)據(jù)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(shù)CloseHandle()關(guān)閉通信函數(shù)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(xiàn)
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(wù)，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(lǐng)域異步串行通信事件發(fā)生的隨機性和傳輸?shù)膶崟r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(shè)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(shù)據(jù)的接收與發(fā)送是利用多線程實現(xiàn)串行通信的突出特點。輔助通信線程一旦探測到數(shù)據(jù)已經(jīng)發(fā)送到串口上，輔助通信線程就會自動接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接收完畢，其就向主線程發(fā)送數(shù)據(jù)接收的消息，串口通信數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。
采用多線程技術(shù)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(xiàn)串口通信的操作，以此監(jiān)測和管理串口通信數(shù)據(jù)的輸入和輸出。讀線程實現(xiàn)從通信串口讀取數(shù)據(jù)并輸送給主線程，寫線程接收主線程發(fā)送來的數(shù)據(jù)，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(shù)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(guān)閉、多線程的協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)的中間處理等工作。

程序的串口通信結(jié)構(gòu)流程如圖2所示，串口程序?qū)懢€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(shù)據(jù)訪問控制的特點，為此編程時使用臨界區(qū)(Critical Setion)同步技術(shù)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(shù)據(jù)，每次只允許一個線程有權(quán)訪問被保護的數(shù)據(jù)。lnitializeCriticalSection()函數(shù)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(shù)來進入和退出數(shù)據(jù)保護狀態(tài)。
依據(jù)以上思路，把監(jiān)控安防系統(tǒng)中，上位機需要訪問網(wǎng)絡(luò)控制器的串行通信函數(shù)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(shù)的VB調(diào)用
由于監(jiān)控安防系統(tǒng)的人機交互界面是使用VB開發(fā)的，本設(shè)計的動態(tài)連接庫的調(diào)用是，在VB開發(fā)環(huán)境的標準，BAS模塊中，定義該DLL函數(shù)的調(diào)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(shè)計的部分動態(tài)鏈接庫函數(shù)在VB哩的聲明如下：

5 結(jié)語
針對串行通信控件的不靈活性和WinAPI函數(shù)的代碼利用率低的特點，提出了利用動態(tài)鏈接庫實現(xiàn)串口的通信，既能實時監(jiān)測串口和靈活的傳輸通信數(shù)據(jù)，又提高了代碼的效率?；诒疚乃枷朐O(shè)計的動態(tài)鏈接庫，在開發(fā)的監(jiān)控安防系統(tǒng)中，比較理想地實現(xiàn)上位機和控制器之間的通信。