多线程技术在VC＋＋串口通信程序中的应用研究

3 多线程在串口通信中的应用

　　3.1 串口通信对线程同步的要求

　　因为同一进程的所有线程共享进程的虚拟地址空间，而在Windows 9X/NT系统下线程是汇编级中断，所以有可能多个线程同时访问同一个对象。这些对象可能是全局变量，MFC的对象，MFC的API等。串口通信的几个特点决定了必须采用措施来同步线程的执行。

　　串口通信中，对于每个串口对象，只有一个缓冲区，发送和接收都要用到，必须建立起同步机制，使得在一个时候只能进行一种操作，否则通信就会出错。

　　进行串口通信处理的不同线程之间需要协调运行。如果一个线程必须等待另一个线程结束才能运行，则应该挂起该线程以减少对CPU资源的占用，通过另一进程完成后发出的信号(线程间通信)来激活。

　　VC++提供了同步对象来协调多线程的并行，常用的有以下几种：

　　　CSemaphore：信号灯对象，允许一定数目的线程访问某个共享资源，常用来控制访问共享资源的线程数量。

　　　Cmutex：互斥量对象，一个时刻至多只允许一个线程访问某资源，未被占用时处于有信号状态，可以实现对共享资源的互斥访问。

　　　CEvent：事件对象，用于使一个线程通知其他线程某一事件的发生，所以也可以用来封锁对某一资源的访问，直到线程释放资源使其成为有信号状态。适用于某一线程等待某事件发生才能执行的场合。

　　　CCriticalSection：临界区对象，将一段代码置入临界区，只允许最多一个线程进入执行这段代码。一个临界区仅在创建它的进程中有效。

　　3.2 等待函数

　　Win32 API提供了能使线程阻塞其自身执行的等待函数，等待其监视的对象产生一定的信号才停止阻塞，继续线程的执行。其意义是通过暂时挂起线程减少对CPU资源的占用。在某些大型监控系统中，串口通信只是其中事务处理的一部分，所以必须考虑程序执行效率问题，当串口初始化完毕后，就使其处于等待通信事件的状态，减少消耗的CPU时间，提高程序运行效率。

　　常用的等待函数是WaitForSingleObject()和WaitForMultipleObjects()，前者可监测单个同步对象，后者可同时监测多个同步对象。

　　3.3 串口通信的重叠I/O方式

　　MFC对于串口作为文件设备处理，用CreateFile()打开串口，获得一个串口句柄。打开后SetCommState()进行端口配置，包括缓冲区设置，超时设置和数据格式等。成功后就可以调用函数ReadFile()和WriteFile()进行数据的读写，用WaitCommEvent()监视通信事件。CloseHandle()用于关闭串口。

　　在ReadFile()和WriteFile()读写串口时，可以采取同步执行方式，也可以采取重叠I/O方式。同步执行时，函数直到执行完毕才返回，因而同步执行的其他线程会被阻塞，效率下降；而在重叠方式下，调用的读写函数会立即返回，I/O操作在后台进行，这样线程就可以处理其他事务。这样，线程可以在同一串口句柄上实现读写操作，实现"重叠"。

　　使用重叠I/O方式时，线程要创建OVERLAPPED结构供读写函数使用，该结构最重要的成员是hEvent事件句柄。它将作为线程的同步对象使用，读写函数完成时hEvent处于有信号状态，表示可进行读写操作；读写函数未完成时，hEvent被置为无信号。