多線程技術在VC++串口通訊程式中的應用研究

　　1 概述

　　在現代的各種即時監控系統和通訊系統中，在Windows 9X/NT下利用VC++對RS-232串口編程是常用的手段。Windows 9X/NT是搶先式的多任務作業系統，程式對CPU的佔用時間由系統決定。多任務指的是系統可以同時運行多個進程，每個進程又可以同時執行多個線程。進程是應用程式的運行執行個體，擁有自己的地址空間。每個進程擁有一個主線程， 同時還可以建立其他的線程。線程是作業系統分配CPU時間的基底實體，每個線程佔用的CPU時間由系統分配，系統不停的線上程之間切換。進程中的線程共用進程的虛擬位址空間，可以訪問進程的資源，處於並存執行狀態，這就是多線程的基本概念。

　　2 VC++對多線程的支援

　　使用MFC開發是較普遍的VC++編程方法。在VC++6.0下，MFC應用程式的線程由CWinThread對象表示。VC++把線程分為兩種：使用介面執行緒和工作者線程。使用介面執行緒能夠提供介面和使用者互動，通常用於處理使用者輸入並相應各種事件和訊息；而工作者線程主要用來處理常式的背景工作。

　　程式一般不需要直接建立CWinThread對象，通過調用AfxBeginThread()函數就會自動建立一個CWinThread對象，從而開始一個進程。建立上述的兩種線程都利用這個函數。

　　線程的終止取決於下列事件之一：線程函數返回；線程調用ExitThread()退出；異常情況下用線程的控制代碼調用TerminateThread()退出；線程所屬的進程被終止。

　　3 多線程在串口通訊中的應用

　　3.1 串口通訊對線程同步的要求

　　因為同一進程的所有線程共用進程的虛擬位址空間，而在Windows 9X/NT系統下線程是彙編級中斷，所以有可能多個線程同時訪問同一個對象。這些對象可能是全域變數，MFC的對象，MFC的API等。串口通訊的幾個特點決定了必須採用措施來同步線程的執行。

　　串口通訊中，對於每個串口對象，只有一個緩衝區，發送和接收都要用到，必須建立起同步機制，使得在一個時候只能進行一種操作，否則通訊就會出錯。

　　進行串口通訊處理的不同線程之間需要協調運行。如果一個線程必須等待另一個線程結束才能運行，則應該掛起該線程以減少對CPU資源的佔用，通過另一進程完成後發出的訊號(線程間通訊)來啟用。

　　VC++提供了同步對象來協調多線程的並行，常用的有以下幾種：

　　　CSemaphore：號誌對象，允許一定數目的線程訪問某個共用資源，常用來控制訪問共用資源的線程數量。

　　　Cmutex：互斥量對象，一個時刻至多隻允許一個線程訪問某資源，未被佔用時處於有訊號狀態，可以實現對共用資源的互斥訪問。

　　　CEvent：事件對象，用於使一個線程通知其他線程某一事件的發生，所以也可以用來封鎖對某一資源的訪問，直到線程釋放資源使其成為有訊號狀態。適用於某一線程等待某事件發生才能執行的場合。

　　　CCriticalSection：臨界區對象，將一段代碼置入臨界區，只允許最多一個線程進入執行這段代碼。一個臨界區僅在建立它的進程中有效。

　　3.2 等待函數

　　Win32 API提供了能使線程阻塞其自身執行的等待函數，等待其監視的對象產生一定的訊號才停止阻塞，繼續線程的執行。其意義是通過暫時掛起線程減少對CPU資源的佔用。在某些大型監控系統中，串口通訊只是其中交易處理的一部分，所以必須考慮程式執行效率問題，當串口初始化完畢後，就使其處於等待通訊事件的狀態，減少消耗的CPU時間，提高程式運行效率。

　　常用的等待函數是WaitForSingleObject()和WaitForMultipleObjects()，前者可監測單個同步對象，後者可同時監測多個同步對象。

　　3.3 串口通訊的重疊I/O方式

　　MFC對於串口作為檔案裝置處理，用CreateFile()開啟串口，獲得一個串口控制代碼。開啟後SetCommState()進行連接埠配置，包括緩衝區設定，逾時設定和資料格式等。成功後就可以調用函數ReadFile()和WriteFile()進行資料的讀寫，用WaitCommEvent()監視通訊事件。CloseHandle()用於關閉串口。

　　在ReadFile()和WriteFile()讀寫串口時，可以採取同步執行方式，也可以採取重疊I/O方式。同步執行時，函數直到執行完畢才返回，因而同步執行的其他線程會被阻塞，效率下降；而在重疊方式下，調用的讀寫函數會立即返回，I/O操作在後台進行，這樣線程就可以處理其他事務。這樣，線程可以在同一串口控制代碼上實現讀寫操作，實現"重疊"。

　　使用重疊I/O方式時，線程要建立OVERLAPPED結構供讀寫函數使用，該結構最重要的成員是hEvent事件控制代碼。它將作為線程的同步對象使用，讀寫函數完成時hEvent處於有訊號狀態，表示可進行讀寫操作；讀寫函數未完成時，hEvent被置為無訊號。

　4 程式關鍵代碼的實現

　　程式專門建立了一個串口通訊類，下面給出關鍵成員函數的核心代碼。

 

UINT CommThread(LPVOID pParam) file://用於監控串口的工作者線程
{
　BOOL bResult = FALSE;
　if (m_hComm) file://查看連接埠是否開啟，這裡m_hComm同上，作者在這裡做了簡化
　　PurgeComm(m_hComm, PURGE_RXCLEAR | PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXABORT | 　　　PURGE_TXABORT);
　　for (;;) file://只要線程運行，就處於監視連接埠行為的無限迴圈
　　{
　　　bResult = WaitCommEvent(m_hComm, &Event, &m_ov);
　　　file://m_ov是OVERLAPPED類型的成員變數
　　　if (!bResult)
　　　　{ file://進行出錯處理}
　　　else
　　　{
　　　　Event = WaitForMultipleObjects(4, m_hEvent, FALSE, INFINITE);
　　　　file://無限等待設定的事件發生，數組m_hEvent根據需要定義了須響應的接收，發送，關閉連接埠事件和OVERLAPPED類型的hEvent事件
　　　　switch (Event)
　　　　{ file://讀寫事件的響應處理過程，在此略}
　　　　}
　　　　return 0;
　}