多線程串口通信技術(shù)在GPS中的應(yīng)用

引言

　　GPS(Global Position System)具有全球性、全天候性優(yōu)勢(shì)的定位、定時(shí)、測(cè)速系統(tǒng)，用戶利用GPS接收機(jī)接收衛(wèi)星發(fā)射的信號(hào)，從而獲取當(dāng)前位置的大地坐標(biāo)、高程和時(shí)間等信息，達(dá)到定位、導(dǎo)航或測(cè)量高程的目的。衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)被廣泛應(yīng)用于海洋勘測(cè)、海洋工程、海洋開發(fā)和軍事作戰(zhàn)中，高精度、快捷方便、全天候等優(yōu)良特性，使其越來越受到人們的青睞。在GPS導(dǎo)航中，需要實(shí)時(shí)采集遵循NMEA0183協(xié)議的GPS數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，通過ODBC接口將用戶的位置、時(shí)間、速度等信息存到數(shù)據(jù)庫，為以后在電子地圖上實(shí)時(shí)顯示目標(biāo)位置提供依據(jù)。為了避免由于一直等待串口I／0操作而引起的線程阻塞，要求程序在對(duì)串行端口進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)，可以在前臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)提取、保存、顯示等操作。為了解決實(shí)時(shí)性和多任務(wù)處理，避免某項(xiàng)任務(wù)長時(shí)間占用CPU，多線程編程是一個(gè)比較理想的選擇。

　　1 多線程概述

　　1．1 基本概念

　　進(jìn)程是程序在計(jì)算機(jī)上的一個(gè)執(zhí)行實(shí)例，線程是程序中的一條執(zhí)行分支，多線程就是在同一個(gè)程序中可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)。每一個(gè)進(jìn)程至少有一個(gè)主執(zhí)行線程，它無需由用戶去主動(dòng)創(chuàng)建，是由系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建的。用戶根據(jù)需要在應(yīng)用程序中創(chuàng)建其他線程，多個(gè)線程并發(fā)地運(yùn)行于同一個(gè)進(jìn)程中。

　　一個(gè)進(jìn)程中的所有線程都在該進(jìn)程的虛擬地址空間中，共同使用這些虛擬地址空間、全局變量和系統(tǒng)資源。

　　1．2 VC

　　VC++環(huán)境對(duì)多線程技術(shù)的支持visual c++6．0中，MFC類庫提供了對(duì)多線程編程的支持，使得多線程編程更加方便。MFC中有兩類線程，分別稱之為工作者線程和用戶界面線程。二者的主要區(qū)別在于工作者線程沒有消息循環(huán)，而用戶界面線程有自己的消息隊(duì)列和消息循環(huán)。工作者線程通常用來執(zhí)行后臺(tái)計(jì)算和維護(hù)任務(wù)。用戶界面線程一般用于處理獨(dú)立于其他線程執(zhí)行之外的用戶輸入，響應(yīng)用戶及系統(tǒng)所產(chǎn)生的事件和消息等。

　　1．3 線程創(chuàng)建、掛起、恢復(fù)、終止

　　在MFC中，一般用全局函數(shù)AfxBeginThread()來創(chuàng)建并初始化一個(gè)線程的運(yùn)行，該函數(shù)有兩種重載形式，分別用于創(chuàng)建工作者線程和用戶界面線程。Sus-pendThread()和ResumeThread()分別用于掛起指定的線程和恢復(fù)用SuspendThread()掛起的線程。Exit-Thread(DWORD dwExitC0de)用于線程終結(jié)自身的執(zhí)行。

　　1．4 線程同步

　　線程之間經(jīng)常要同時(shí)訪問一些資源，因此對(duì)共享資源進(jìn)行訪問引起沖突是不可避免的。為了解決這種資源沖突問題，必須引入線程同步的概念。Win32 API提供了多種同步控制對(duì)象來解決共享資源訪問沖突，包括使用臨界區(qū)、使用互斥對(duì)象、使用信號(hào)量、使用事件。

　　2 串口通信編程

　　目前，在Windows下編程時(shí)，常用的串口通信主要有3種方法：用MSC0mm通信控件；用Windows API進(jìn)行編程；使用第三方提供的一些串口通訊類進(jìn)行編寫。

　　(1)MSComm控件

　　利用MSComm控件會(huì)使編程快捷簡(jiǎn)單。然而，由于做了大量的封裝，降低了編程的可控性和靈活性，因此在多線程多串口編程時(shí)，需要做許多復(fù)雜的處理。

　　(2)Windows API

　　利用Windows API編寫串口程序，特別是復(fù)雜的多線程串口程序時(shí)，對(duì)于程序員的編程能力要求較高。除了需要程序員熟練掌握和使用眾多的API函數(shù)，能編寫很多底層代碼之外，還必須熟悉線程的編程方法。

　　(3)第三方串口通信類

　　利用第三方的串口通信類進(jìn)行串口編程時(shí)，既可以使編程效率高，程序可控性強(qiáng)，又比Window API編程簡(jiǎn)單，其中應(yīng)用最多的第三方的串口通信類是CSerial-Port。它基于多線程，是一個(gè)Win32 API的打包類，對(duì)處理串口的Win32 API類進(jìn)行了封裝，借助這個(gè)類可以很方便地對(duì)串口進(jìn)行操作，容易實(shí)現(xiàn)多線程的串口通信，編寫的程序在Windows 98／NT／2000／XP操作系統(tǒng)下可很好地運(yùn)行。

　　比較3種串口通信方式，可以發(fā)現(xiàn)使用第三方串口通信類CSerialPort是實(shí)現(xiàn)Windows下多線程串口編程的較好選擇。

　　3 多線程編程技術(shù)在GPS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　3．1 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)功能分析

　　GPS導(dǎo)航是通過GPS定位技術(shù)實(shí)時(shí)給出用戶所在的位置，這就要求需要實(shí)時(shí)接收來自GPS接收機(jī)串口的定位數(shù)據(jù)，在實(shí)時(shí)監(jiān)視串口的同時(shí)還需要進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、顯示等，利用多線程串口通信技術(shù)將很好地解決這個(gè)問題。通過對(duì)GPS導(dǎo)航系統(tǒng)分析，將程序分成以下幾個(gè)線程：

　　主線程：負(fù)責(zé)處理用戶界面的消息處理，按照預(yù)定義流程調(diào)度其他線程處理數(shù)據(jù)。

　　串口監(jiān)視線程：監(jiān)視串口，采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)保存到一個(gè)緩沖區(qū)。

　　入庫線程：從緩沖區(qū)讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理并將處理好的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫。

　　顯示線程：通過地圖匹配算法將用戶實(shí)時(shí)位置顯示在電子地圖上。

　　GPS導(dǎo)航系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　3．2 具體實(shí)現(xiàn)

　　系統(tǒng)首先對(duì)線程在相應(yīng)的頭文件中說明，然后在程序初始化時(shí)加入創(chuàng)建程序代碼，這樣創(chuàng)建后，線程就可以和主線程并發(fā)執(zhí)行了。主線程、入庫線程、顯示線程與一般的編程處理相同，所以下面著重說明串口監(jiān)視線程。

　　對(duì)串口的操作采用基于多線程編程的CSerialPort類，其工作流程如下：首先設(shè)置好串口參數(shù)，再開啟串口監(jiān)測(cè)工作線程。串口監(jiān)測(cè)工作線程監(jiān)測(cè)到串口接收到的數(shù)據(jù)流、控制事件或其他串口事件后，就以消息方式通知主程序，激發(fā)消息處理函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，這是對(duì)接收數(shù)據(jù)而言的；發(fā)送數(shù)據(jù)可直接向串口發(fā)送。應(yīng)用程序流程如圖2所示。