PC机与嵌入式系统的多线程串行通信实现

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        叙述了PC机与嵌入式计算机系统的多线程串行通信的实现。介绍了多线程设计思想的必要性,给出了程序设计流程。

  1、引言

  目前,先进的嵌入式计算机以其优良的品质、高可靠性及模块化,广泛地应用于工业控制、航空航天、医疗、智能仪表、通信、数控、自动化生产设备、数据采集等领域。在实际应用中,有时需要借助微机强大的数据处理能力和丰富的软件资源,使得组成的系统功能更为强大。这样,为了提升系统的整体性能,必须实现PC机和嵌入式计算机之间的通信。在导航仪生产管理中,由于串行通信具有连接简单、使用灵活方便、数据传递可靠等优点,采用串行通信方式进行数据下载。但由于Windows 95/98对系统底层操作采取了屏蔽的策略,不允许用户对硬件I/O口进行直接操作,进行串行通信只能通过调用API函数来完成;同时Windows 9x通过消息队列驱动管理程序,DOS中断服务例程在其下面也很难实现,且实时性和可靠性都得不到保证;因此通过多线程编程解决这一问题,且能提高数据传输的吞吐量和应用程序的可靠性。

  2、系统功能简介及基本结构

  本文以导航仪生产管理系统为背景进行论述。现场的嵌入式计算机给PC机上传所存储的信息,并从PC机上下载最新的版本信息。而嵌入式计算机发送回来的数据可以通过PC机的人机界面生动实时地向用户显示。系统基本结构如图1所示。PC机与嵌入式计算机(从机)之间按照RS-485协议连接。

  3、多线程串行通信实现流程

  3.1 用API函数实现串行通信的基本流程

  如图2所示,首先CreatFile()函数打开通信资源,之后配置通信资源属性由以下API函数完成:SetupComm()设置串行通信端口的输入和输出缓冲区的大小;通过设备控制块DCB修改和设置串口工作状态的参数,如波特率、数据位、奇偶校验位等通信参数,SetCommState()将DCB结构中的内容写入串口设置;SetCommTimeouts()设置串口读写操作的溢出时间。设置工作完成后串行通信可用ReadFile( )对通信资源进行读操作,WriteFile()进行写操作。

  串行通信结束时调用函数CloseHandle()来关闭CreateFile()函数返回的串口句柄。

  3.2  PC机的程序实现流程

  多线程的串口I/O通信编程中,将对串口的读、写操作视为同一进程的两个不同任务,创建读线程和写线程分别完成对串口的读、写操作;由于异步串行通信事件的随机性和实时性,要求通信线程优先于主线程被处理,所以设置各线程的优先级别如下:

  读线程的优先级>写线程的优先级>主线程的优先级。

  在PC机端,创建辅助线程实时监视串口通信状态,并由串口通信监视线程根据通信状态向主线程发送相应的消息,由主线程分析处理。多线程串行通信法的最大优点是程序对接收数据具有自主觉察能力,一旦辅助的通信监视线程查询到数据已经发送到串行口上,辅助线程自动接收数据后,向主线程发送数据接收到的消息,应用程序可根据该消息来处理通信串口传送过来的数据,并且采用通信监视线程不占用CPU时间。

  程序实现建立辅线程:串口读线程,完成串口通信操作,用来监视和管理串口通信的输入。读线程一直等待,从通信串口读取数据并传输给主线程处理。主线程除完成串口通信资源的打开、参数配置以及关闭的工作外,还要完成读线程的创建及关闭、多线程的协调、数据的中间处理与前端的人机交互等工作。

  图3为PC机的串口通信流程图。左边为主线程,右边为子线程。实线框内为用户界面的视类函数,虚线框内为通信类函数。用户通过VC设计的界面上的控件打开串口,并且发送数据。当对串口的参数设置完毕,串口成功打开的同时,子线程即接收线程开始运行。用户发送数据的同时,接收线程的控制函数也同时运行,当控制函数接收到读串口事件时,调用读串口函数,读取串口接收到的数据。子线程一直运行,也不断的读取接收到的数据,并显示在用户的界面上。当用户关闭串口,主线程要终止,此时子线程也收到主线程发送的关闭串口事件,终止线程,关闭串口。

  在实际通信过程中,由于干扰等原因,数据传输可能发生错误,因此还要加上实时错误处理以保证数据正常传输。这里不再赘述。

  3.3  嵌入式从机的程序实现流程

  在嵌入式从机部分,通信实现采用的是单线程,初始化设备之后等待通信数据,如果数据到达,则调用接收函数接收PC机数据,并将数据解析,返回结果向PC机发送数据。如果没有数据则继续等待。程序流程图如图4所示

  4、 结束语

  本文分析了多线程技术在实现PC机与单片机串口通信程序中的作用。通过两个通信线程并发执行,加以同步管理,应用程序能够在发送数据的同时接收数据,实时响应性强,高效可靠,有效地避免了数据丢失、程序锁死等问题。在实际应用中结果令人满意。

  参考文献:

  [1] Mark Nelson. 串行通信开发指南.潇湘工作室译.M. 北京:中国水利水电出版社,2000.
  [2]求是科技 谭思亮等.Visual C++串口通信工程开发实例导航.M.北京:人民邮电出版社,2001
  [3]李朝青. PC机与单片机数据通信技术.C. 北京:北京航空航天大学出版社,2001.


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