用Visual C++实现工控设备多线程控制程序

作者：清华大学电子工程系（100084）齐 文 王勇前 曹志刚 来源：《电子技术应用》 摘要：提出多线程工控制序中最适宜采用工作者线程和事件同步方式，并给出了一个通用的工控程序框架。 关键词：多线程 同步 事件 多线程技术的引入，不仅可以挖掘潜在的cpu空闲时间，而且还可以提高应用程序的瓜速度，其优点在有多个任务需要完成、有巨大数据流量的程序中反映得尤为明显。而随着visual c++的引入，其灵活的线程实现机制使得程序员从繁琐的windows编程中解脱出来。关于多线程基本机理和实现方法近年来有许多文章介绍，这里不再赘述。本文将侧重于比较在工控程序中采用各种线程类型和同步方法的优劣，并给出一个实用的、有较广适应性的程序主体框架。 1 各种线程类型和同步方法 1.1 线程类型 visual c++中线程分为工作者线程（worker thread）和用户界面线程（user interface thread）两大类。 用户界面线程的特点是拥有单独的消息队列，可以具有自己的窗口界面，能够对事件和用户输入做出响应，具体实现时由cwinthread派生出一个类。但其缺点是当需要停止或撤销当前正在运行的线程而向其发送中止消息后，只有在消息队列中排在前面的消息被一一处理完之后，线程才能接受中止消息并停止当前工作，这对cpu是一种浪费，在对实时性要求较高的工控程序中是不可容忍的。 工作者线程选用于处理后台任务，而不影响用户对应用程序的使用。工作者线程仅仅由一个函数体实现，其实现简单，便 于编程者控制，与事件同步方法相配合能对中止消息做出较快反应。 1.2 同步方法 在多线程应用程序中，两个或更多的线程同时访问相同数据会导致不可预知的结果，因此保持线程间的同步是一个不可或缺的环节。visual c++提供了四种同步方法：临界区（critial section）、信号灯（semaphore）、互斥量（mutex）和事件（event）。 其中采用临界区、信号灯或互斥量进行同步时，线程间的同步过程由操作系统完全控制，系统仅仅防止多个线程对同一资源的同时使用，而相同优先级的线程对同一资源的使用顺序是编程者无法控制的。而在一般工控系统中，当主控台下方设备数据变化时，应能及时中止当前的计算（如果当前计算未完成的话）并根据新的数据开始新一轮的计算，因而需求各线程对所处理的数据有一定的操作次序。 事件同步是通过钭事件自身设置为有信号或无信号来通知其它线程某一操作已完成或尚款完成，其设置可由编程人员手工完成，适合于工控程序应用。尽管事件同步方式平均效率比上面三种方式稍低，但在工控程序应用中相对于因数据未能及时更新而导致大量的无用计算及其对实时性的损害来讲，这是非常值得的。 下面介绍的是笔者参与某‘九五’预研项目中所设计的主控台程序的基本框架，这个程序框架应能适用于大多数工控系统的主控程序。 2 软件框架 一般工控系统的主控部分通常所必须完成的两件事是：（1）通过通信端口与下端设备通信，接收下端设备传来的数据或向下端设备发送指令；（2）对下端设备所传数据进行处理。 与之相对应，该软件具有一个主线程和两个子线程，其中一个子线程为通信线程，另一个为计算线程。主线程是windows下每个应用程序都具备的，负责线程间的同步、向计算线程和通信线程传递参数、管理人机界面、接收用户输入、数据库的操作和管理等功能。能信线程通过通信端口（可以是串口、并口或网络接口等）负责与下端的设备进行通信并交换数据，当存在多级控制结构时，还可用来与更高一级的控制设备进行通信并向上传递数据。计