引 言 在工業(yè)控制系統(tǒng)中使用的各種工控軟件往往要同時執(zhí)行多任務(wù)，如數(shù)據(jù)采集、控制信息實時計算和輸出、現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)和狀態(tài)的實時顯示、各種報表的實時顯示和打印、各種鍵盤命令的實時讀取和響應(yīng)以及數(shù)據(jù)通信等等。這些任務(wù)雖然在實時性上要求有些不同，但本質(zhì)上都是并行進(jìn)行的，因此要求開發(fā)的控制系統(tǒng)能實現(xiàn)實時多任務(wù)。 火工品在運載火箭和導(dǎo)彈武器中的應(yīng)用極為廣泛，火工品壓藥機(jī)主要是用于火工品生產(chǎn)過程中壓藥工藝的專用自動化壓藥設(shè)備，本文結(jié)合一種精密氣動壓力機(jī)控制軟件的開發(fā)，分析在工控軟件中如何利用Windows提供的多線程技術(shù)。 多線程概述 作為一個多線程的操作系統(tǒng)，Windows實行的是搶先式多任務(wù)。在Windows環(huán)境中，每個正在運行的程序都建立一個進(jìn)程，每個進(jìn)程至少由一個線程組成，每個進(jìn)程可以同時執(zhí)行多個線程。線程與進(jìn)程是兩個相關(guān)的概念，進(jìn)程是資源分配的單元，線程是系統(tǒng)調(diào)度的單元。在一個進(jìn)程中存在的多個線程間要進(jìn)行同步、通信，以實現(xiàn)復(fù)雜的邏輯功能，如共享內(nèi)存映射文件、訪問共享數(shù)據(jù)以及使用同一消息隊列等。系統(tǒng)創(chuàng)建好進(jìn)程后，實際上就啟動了主線程，主線程把程序的啟動點提供給Windows系統(tǒng)，而后按消息觸發(fā)隊列順序執(zhí)行。主線程與進(jìn)程同時存在，同時消失。在多線程執(zhí)行中系統(tǒng)會根據(jù)線程的優(yōu)先級和同步要求分配時間單元用于執(zhí)行多個線程,這樣實現(xiàn)了多任務(wù)分時占有CPU ,可在一個段時間內(nèi)并行完成多個任務(wù),達(dá)到實時性要求,大大提高了系統(tǒng)資源的利用率,有利于用戶按要求完成復(fù)雜的任務(wù)。系統(tǒng)的處理器調(diào)度算法基于以下兩點:①基于線程優(yōu)先級的可搶占調(diào)度算法。②同優(yōu)先級線程采用按時間片輪轉(zhuǎn)的算法。CPU調(diào)度進(jìn)程方式如圖1示。 [align=center] 圖1 操作系統(tǒng)以輪轉(zhuǎn)方式安排每個線程的CPU方式[/align] 多線程操作 線程的啟動 創(chuàng)建一個用戶界面線程，首先要從類CwinThread產(chǎn)生一個派生類，同時必須使用DECLARE_DYNCREATE和IMPLEMENT_DYNCREATE來聲明和實現(xiàn)這個CwinThread派生類。 而后，根據(jù)需要重載該派生類的一些成員函數(shù)如ExitInstance（）、InitInstance（）、OnIdle（）、PreTranslateMessage（）等，最后啟動該用戶界面線程，調(diào)用AfxBeginThread（）函數(shù)的一個版本： CWinThread＊ AfxBeginThread（ CRuntimeClass＊ pThreadClass, int nPriority = THREAD_PRIORITY_NORMAL, UINT nStackSize = 0, DWORD dwCreateFlags = 0, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs = NULL ）； 其中第一個參數(shù)為指向定義的用戶界面線程類指針變量，第二個參數(shù)為線程的優(yōu)先級，第三個參數(shù)為線程所對應(yīng)的堆棧大小，第四個參數(shù)為線程創(chuàng)建時的附加標(biāo)志，缺省為正常狀態(tài)，如為CREATE_SUSPENDED則線程啟動后為掛起狀態(tài)。 對于工作線程來說，啟動一個線程，首先需要編寫一個希望與應(yīng)用程序的其余部分并行運行的函數(shù)如exec（），接著定義一個指向CwinThread對象的指針變量＊pThread,調(diào)用AfxBeginThread（exec,param,priority）函數(shù)，返回值付給pThread變量的同時一并啟動該線程來執(zhí)行上面的exec（）函數(shù)，其中exec是線程要運行的函數(shù)的名字，也是上面所說的控制函數(shù)的名字，param是準(zhǔn)備傳送給線程函數(shù)exec的任意32位值，priority則是定義該線程的優(yōu)先級別，它是預(yù)定義的常數(shù)。 線程的終止 終止線程有三種途徑，線程可以在自身內(nèi)部調(diào)用AfxEndThread（）來終止自身的運行；可以在線程的外部調(diào)用BOOL TerminateThread（ HANDLE hThread, DWORD dwExitCode ）來強(qiáng)行終止一個線程的運行，然后調(diào)用CloseHandle（）函數(shù)釋放線程所占用的堆棧；第三種方法是改變?nèi)肿兞浚咕€程的執(zhí)行函數(shù)返回，則該線程終止。 線程的同步 使用多線程開發(fā)用戶程序時，經(jīng)常需要協(xié)調(diào)兩種或多種動作，這種過程就稱作同步（Synchronization）。需要利用同步的原因是：（1）當(dāng)兩個或多個線程需要訪問一個共享的資源，而此資源一次只能被一個線程所使用； （2）當(dāng)一個線程正在等候由另一個線程所引起的事件。 Win32操作系統(tǒng)提供了幾種同步對象允許線程來同步它們之間的行為。這些同步對象包括臨界區(qū)（criticalse ction）、互斥量（mutexe）、信號量（semaphore）和事件（event）等。 （1）臨界區(qū) 臨界區(qū)是一小段代碼，它要求在執(zhí)行以前取得對某些共享數(shù)據(jù)的獨占訪問權(quán)。 （2）互斥量 互斥和臨界區(qū)非常相似，只不過它們可被用來同步多個進(jìn)程間的數(shù)據(jù)訪問。 （3）信號量 信號量內(nèi)核對象用于系統(tǒng)的資源計數(shù)。它們?yōu)榫€程提供了查詢可用資源數(shù)目的能力，對某個線程如果有一個或者多個資源可用，可用資源計數(shù)就減1。只有在資源計數(shù)加1之后，系統(tǒng)才會讓別的進(jìn)程訪問此資源。 （4）事件 事件對象是同步對象的最基本形式，它與互斥量和信號量大不相同?；コ饬亢托盘柫客ǔＳ脕砜刂茖?shù)據(jù)的訪問，但事件是用來發(fā)信號以表示某一操作己經(jīng)完成。 壓藥機(jī)控制系統(tǒng)多任務(wù)的實現(xiàn) 線程的分配 由于軟件的工作比較復(fù)雜，軟件設(shè)計時采用了4個線程完成。除了第一個主界面線程外還有執(zhí)行線程、顯示線程、A/D轉(zhuǎn)換監(jiān)視線程。 1.主線程的主要功能： （1）創(chuàng)建兩個定時器，一個為50ms Windows定時器，其功能是向顯示線程發(fā)送消息，驅(qū)動顯示線程，另一個為20ms多媒體定時器，功能是向執(zhí)行線程發(fā)送消息，驅(qū)動執(zhí)行線程。 （2）主線程產(chǎn)生一個用戶線程，用于監(jiān)視A/D轉(zhuǎn)換事件。 （3）接收用戶從鍵盤輸入的信息，執(zhí)行相應(yīng)過程。 主線程流程圖如圖2所示。 [align=center] 圖2 主線程流程圖[/align] 2.執(zhí)行線程負(fù)責(zé)執(zhí)行自動壓藥，及停止自動壓藥等功能，本程序的大部分工作由執(zhí)行線程完成。執(zhí)行線程流程圖如圖3所示。 [align=center] 圖3 執(zhí)行線程流程圖[/align] 3.參數(shù)實時顯示線程負(fù)責(zé)實時顯示壓力值、保壓時間以及錯誤信息。 4. A/D轉(zhuǎn)換監(jiān)視線程用于監(jiān)視A/D轉(zhuǎn)換。 執(zhí)行線程的實現(xiàn) 如圖3所示，在本系統(tǒng)軟件中執(zhí)行線程完成系統(tǒng)的大部分工作，執(zhí)行線程函數(shù)的定義如下： 　　LRESUL 　　CJmqyView::OnTimerProc（WPARAM wParam, LPARAM lParam） 　?。? 　　if（ !bfPCL812PG ） //數(shù)據(jù)采集卡不存在 　　return（ 1 ）; 　　InputFromPCL812PG（）; //數(shù)據(jù)采集卡PCL-812PG 輸入操作 　　if（inBit.start && !inBit0.start ）//啟動按鈕按下 　　OnStart（）; 　　else if（ inBit.stop && !inBit0.stop ） //停止按鈕按下 　　OnStop（）; 　　execTask（）; //執(zhí)行任務(wù) 　　OutputToPCL812PG（）; //數(shù)據(jù)采集卡PCL-812PG 輸出操作 　?。? 某壓藥機(jī)控制系統(tǒng)有豐富的人機(jī)界面來接受用戶的鍵盤以及鼠標(biāo)操作，系統(tǒng)正是通過這些操作來完成整個控制系統(tǒng)的任務(wù)。當(dāng)控制系統(tǒng)啟動時，首先建立起主線程接受用戶的鍵盤、鼠標(biāo)操作，完成用戶的工藝參數(shù)的輸入，啟動A/D轉(zhuǎn)化監(jiān)視線程，同時主線程也創(chuàng)建兩個定時器用以驅(qū)動執(zhí)行線程、顯示線程。主線程相應(yīng)定時器發(fā)送的定時時間到達(dá)消息，并分別發(fā)送消息驅(qū)動執(zhí)行線程或顯示線程。顯示線程將壓藥機(jī)的實時壓力、及保壓時間呈現(xiàn)在用戶界面上，方便用戶的下一步操作。 結(jié) 語 在傳統(tǒng)的DOS環(huán)境下開發(fā)的控制系統(tǒng)軟件為了實現(xiàn)并行多任務(wù)，采用基于中斷的調(diào)度和循環(huán)輪流的方式，CPU的利用率較低，而在Windows環(huán)境下則可以利用Windows提供的多線程技術(shù)，既可以方便的實現(xiàn)上述并行多任務(wù)，又充分利用了CPU時間。實踐證明，采用多線程技術(shù)開發(fā)的某型壓藥機(jī)控制系統(tǒng)軟件，較好的保證了系統(tǒng)在多任務(wù)環(huán)境下的實時性和穩(wěn)定性。隨著工業(yè)控制系統(tǒng)的日益復(fù)雜，系統(tǒng)在同一時間所要執(zhí)行的任務(wù)不斷增加，多線程編程技術(shù)將會越來越明顯的體現(xiàn)出它的優(yōu)點。 參考文獻(xiàn)： 1. 葛景國，陳立功，倪純珍,焊縫偏差實時監(jiān)控軟件的開發(fā)[J],算機(jī)工程,2004（4） 2. 何其昌,Windows下工控軟件的研制[J].制造業(yè)自動化，2002（24） 3. 鄭連清，劉榮，王玨，劉其坤,火工品壓藥工藝方法的改進(jìn)[J],火工品，1999（1） 4. 廖春蘭,基于多線程的實時測控系統(tǒng)研究[J].機(jī)電工程技術(shù),2006（35） 5. 邱仲潘，柯渝，謝燕華等,Visual C++6從入門到精通[M],電子工業(yè)出版社，2005