基于VC的多线程异步串行通信动态链接库设计

摘要：串行通信在工业控制领域一直占据着着重要的地位，上位机对串行接口的访问一般是使用开发环境的串行通信控件。在此详细讨论了基于VC开发环境的异步串行通信动态链接库的开发、设计过程，基于该动态链接库，在开发的监控安防项目中上位机访问组网的控制器时，工作良好。
关键词：串行通信；多线程；动态链接库；VC开发环境

    在工业控制领域中，串行通信以其传输距离长，数据可靠性高、便于总线化等优点，一直是设备与上位机或者设备与设备间通信的主要接口。传统的上位机和工控设备之间的串行通信主要是依靠开发环境的串行通信控件来实现的，而这些控件是封装好的，在使用简便的同时却失去了操作的灵活性，或者单独使用复杂的WindowsAPI函数。那么这两者对多线程串行通信都是不理想的，为此本文讨论了基于VC开发环境的异步串行通信动态链接库的开发、设计过程，基于本文的动态链接库，在开发的监控安防项目中上位机访问组网的控制器时，工作良好。

1 DLL原理
    动态链接库是一种基于Windows的模块化的程序，它不但包含可执行的程序代码，并且还有数据，各种资源，因而扩大了库文件的应用领域。在进行大型程序设计时，利用DLL可将系统程序分解成一系列的主程序和DLL，进而减少开发工作量的工作环境；而且由于程序复用模块的减少，那么访问的速度可以得到大幅度的提高；另外，若基层程序的某个部分改变了，上层应用程序不用改动，只修改相应的DLL文件就可以了。
    当应用程序使用DLL文件时，并不是将库代码里的DLL文件复制，而是在应用程序中记录动态链接库文件函数的入口点和接口，当应用程序执行到DLL文件时，才将DLL里面的文件代码载入内存，不管多少应用程序用DLL，内存中只加载一个DLL文件，当没应用程序使用DLL时，系统就将它从内存中清除，进而回收资源。
    另外，DLL和其应用程序的链接是独立的，应用程序调用DLL的地址转换是在DLL加载时才实现，这样有利于DLL的故障查找和修改，不必重新编译其应用程序。

2 Win32串行通信的实现
    使用Win32API函数CreatFile()打开串口资源，而后使用SetCommState()对DCB(Device Control Block)数据结构里的参数设置，例如波特率、停止位、数据位、校验位等；SetComm()函数实现读写缓冲区的设置。GetCommTimeouts()和SetCommTimesout()函数重新设置读写的超时函数，以此时间判断串口通信的成功与否。初始化串口资源后，使用CreatEvent()函数建立通信事件，而后调用WaitCommEvent()监控通
信事件，在Windows环境下，串口通信的访问操作和文件的读写操作一样，用函数ReadFile()和函数Write File()对串口数据的读写是在用户事先定义的读写缓冲区中进行。通信完毕，断开串行通信连接，用函数CloseHandle()关闭通信函数的句柄、清除通信事件，释放通信资源。其流程如图1所示。

3 多线程编程异步串行通信的实现
    在多线程的串口I／O通信编程中，将对串口的读、写操作视为同一进程的2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；由于工业控制领域异步串行通信事件发生的随机性和传输的实时性，要求通信线程优先于主线程被处理，所以在读写线程的中用SetThre ad Pri ority(handle[0]，THREAD_PRIORITY_HIGHEST)来完成读写线程优先级的设置。
    在PC机上，创建辅助串行通信监测线程来实时监测串口资源的通信状态，按照监测到的通信状态，向主线程输送相应的通信状态消息，然后主程序分析处理其通信状态消息。能够主动探测到数据的接收与发送是利用多线程实现串行通信的突出特点。辅助通信线程一旦探测到数据已经发送到串口上，辅助通信线程就会自动接收数据。数据接收完毕，其就向主线程发送数据接收的消息，串口通信数据的读线程也是如此。应用程序通过对通信辅助线程发送来消息的分析，来处理通信串口通信的数据。
    采用多线程技术编程，从MFC的线程对象CThread类，建立辅助线程串口读线程(sc_readthread)和写线程(sc_writethread)，实现串口通信的操作，以此监测和管理串口通信数据的输入和输出。读线程实现从通信串口读取数据并输送给主线程，写线程接收主线程发送来的数据，并将其输送到串行通信端口输出。主线程除完成串口资源的打开、参数配置的部分工作外，还要完成读写辅助通信线程的创建以及关闭、多线程的协调、数据的中间处理等工作。

    程序的串口通信结构流程如图2所示，串口程序写线程的流程如图3所示，串口读线程的流程如图4所示。
    临界区对象具有同步线程迅速，便于数据访问控制的特点，为此编程时使用临界区(Critical Setion)同步技术来同步线程串行通信中的各线程，防止串行通信多线程间的冲突和死锁。临界区对象的作用是保护主线程与读写线程之间的共享数据，每次只允许一个线程有权访问被保护的数据。lnitializeCriticalSection()函数初始化临界区对象，分配临界区对象资源，使用EnterCriticalSection()和LeaveCritica ISection()函数来进入和退出数据保护状态。
    依据以上思路，把监控安防系统中，上位机需要访问网络控制器的串行通信函数全部做成一个动态连接库文件。但是在发布上位机应用程序时，需要把此动态连接库一起发布。

4 动态链接库函数的VB调用
    由于监控安防系统的人机交互界面是使用VB开发的，本设计的动态连接库的调用是，在VB开发环境的标准，BAS模块中，定义该DLL函数的调用方式，并且把开发好的动态连接库文件复制到建立的工程里面，就可以使用了。本设计的部分动态链接库函数在VB哩的声明如下：

5 结语
    针对串行通信控件的不灵活性和WinAPI函数的代码利用率低的特点，提出了利用动态链接库实现串口的通信，既能实时监测串口和灵活的传输通信数据，又提高了代码的效率。基于本文思想设计的动态链接库，在开发的监控安防系统中，比较理想地实现上位机和控制器之间的通信。