PC机与嵌入式系统的多线程串行通信实现

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.