基于VC的多線程異步串行通信動態鏈接庫設計

摘要：串行通信在工業控制領域一直占據著著重要的地位，上位機對串行接口的訪問一般是使用開發環境的串行通信控件。在此詳細討論了基于VC開發環境的異步串行通信動態鏈接庫的開發、設計過程，基于該動態鏈接庫，在開發的監控安防項目中上位機訪問組網的控制器時，工作良好。
關鍵詞：串行通信；多線程；動態鏈接庫；VC開發環境

在工業控制領域中，串行通信以其傳輸距離長，數據可靠性高、便于總線化等優點，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發環境的串行通信控件來實現的，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。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開發環境的異步串行通信動態鏈接庫的開發、設計過程，基于本文的動態鏈接庫，在開發的監控安防項目中上位機訪問組網的控制器時，工作良好。

1 DLL原理
動態鏈接庫是一種基于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域。在進行大型程序設計時，利用DLL可將系統程序分解成一系列的主程序和DLL，進而減少開發工作量的工作環境；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鏈接庫文件函數的入口點和接口，當應用程序執行到DLL文件時，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DLL文件，當沒應用程序使用DLL時，系統就將它從內存中清除，進而回收資源。
另外，DLL和其應用程序的鏈接是獨立的，應用程序調用DLL的地址轉換是在DLL加載時才實現，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串行通信的實現
使用Win32API函數CreatFile()打開串口資源，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()函數實現讀寫緩沖區的設置。GetCommTimeouts()和SetCommTimesout()函數重新設置讀寫的超時函數，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()函數建立通信事件，而后調用WaitCommEvent()監控通
信事件，在Windows環境下，串口通信的訪問操作和文件的讀寫操作一樣，用函數ReadFile()和函數Write File()對串口數據的讀寫是在用戶事先定義的讀寫緩沖區中進行。通信完畢，斷開串行通信連接，用函數CloseHandle()關閉通信函數的句柄、清除通信事件，釋放通信資源。其流程如圖1所示。

3 多線程編程異步串行通信的實現
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，創建讀線程和寫線程分別完成對串口的讀寫操作；由于工業控制領域異步串行通信事件發生的隨機性和傳輸的實時性，要求通信線程優先于主線程被處理，所以在讀寫線程的中用SetThre ad Pri ority(handle[0]，THREAD_PRIORITY_HIGHEST)來完成讀寫線程優先級的設置。
在PC機上，創建輔助串行通信監測線程來實時監測串口資源的通信狀態，按照監測到的通信狀態，向主線程輸送相應的通信狀態消息，然后主程序分析處理其通信狀態消息。能夠主動探測到數據的接收與發送是利用多線程實現串行通信的突出特點。輔助通信線程一旦探測到數據已經發送到串口上，輔助通信線程就會自動接收數據。數據接收完畢，其就向主線程發送數據接收的消息，串口通信數據的讀線程也是如此。應用程序通過對通信輔助線程發送來消息的分析，來處理通信串口通信的數據。
采用多線程技術編程，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。讀線程實現從通信串口讀取數據并輸送給主線程，寫線程接收主線程發送來的數據，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、參數配置的部分工作外，還要完成讀寫輔助通信線程的創建以及關閉、多線程的協調、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，串口程序寫線程的流程如圖3所示，串口讀線程的流程如圖4所示。
臨界區對象具有同步線程迅速，便于數據訪問控制的特點，為此編程時使用臨界區(Critical Setion)同步技術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。臨界區對象的作用是保護主線程與讀寫線程之間的共享數據，每次只允許一個線程有權訪問被保護的數據。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()函數來進入和退出數據保護狀態。
依據以上思路，把監控安防系統中，上位機需要訪問網絡控制器的串行通信函數全部做成一個動態連接庫文件。但是在發布上位機應用程序時，需要把此動態連接庫一起發布。

4 動態鏈接庫函數的VB調用
由于監控安防系統的人機交互界面是使用VB開發的，本設計的動態連接庫的調用是，在VB開發環境的標準，BAS模塊中，定義該DLL函數的調用方式，并且把開發好的動態連接庫文件復制到建立的工程里面，就可以使用了。本設計的部分動態鏈接庫函數在VB哩的聲明如下：

5 結語
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，提出了利用動態鏈接庫實現串口的通信，既能實時監測串口和靈活的傳輸通信數據，又提高了代碼的效率。基于本文思想設計的動態鏈接庫，在開發的監控安防系統中，比較理想地實現上位機和控制器之間的通信。