用Delphi在工業控制和自動化實現多執行緒進行資料採集 (轉)

用Delphi在工業控制和自動化實現多執行緒進行資料採集 (轉)[@more@]

  資料採集技術在工業控制及自動化等領域中發揮著重要的作用。資料採集的一般過程是這樣的：

①向採集卡發出通道選擇指令。②選擇要採集的通道號。③啟動A/D轉換。④等待，直到轉換完成。⑤從採集卡讀出資料。對於多通道的採集，在的設計中，一般採用的兩種方法。查詢法或中斷法。所謂查詢方法就是採用一個迴圈，依次採集各個資料通道。查詢法的優點是程式簡單，易於實現；缺點是採集過程中，多數時間是在等待，造成資源的浪費。中斷法是採用中斷的形式先啟動A/D轉換，在轉換結束時發出一中斷訊號CPU響應採集卡的中斷時讀出所採集的資料。這樣，在等待轉換的時間裡，CPU可以進行其他的計算工作，而不用處於等待狀態。中斷法的優點是資源能充分利用；但是複雜，尤其是當的硬體中斷資源緊張時，很容易造成中斷衝突；另外，在或Win95等中，不允許中斷處理程式時，則無法實現。

---- 以上討論的兩種方法都是在DOS下的方法；在Win95下，現在有了一個更好的方法多執行緒技術。現在，我們可以利用多執行緒技術來進行資料採集。

---- 1. 採用多執行緒進行資料採集的優點

---- Win95/98最讓人喜愛的除了漂亮的介面以外，就是多執行緒與多工了。DOS環境中，中的程式可以獨佔全部的資源；在Windows環境中，雖然它是一個略具雛形的多工環境，但是隻要你喜歡，你的程式仍然可以掌握所有的CPU時間。但是，在Windows95以及中，一個程式無法獨佔所有的CPU執行時間。而且，一個程式也不是從頭到尾一條線。相反，一個程式在執行中可以分為多個程式片段，同時執行。這些能同時執行的程式片段稱為執行緒。在Windows 95以及Windows NT中，作業系統同一時間可以輪流執行多個程式，這就是多工。

---- 採用多執行緒進行資料採集可以有效地加快程式的反應速度、增加執行的。一般的程式中都要處理使用者的輸入，但使用者的輸入速度與CPU的執行速度相比就向走路與做飛機一樣。這樣，CPU就將浪費大量的時間用來等待使用者的輸入（如在DOS環境中）。如果採用多執行緒，那麼就可以用一個執行緒等待使用者的輸入；另一個執行緒進行資料處理或其他的工作。對於資料採集程式，可以用一個單獨的執行緒進行資料採集。這樣，能最大限度的保證採集的實時性，而另外的執行緒同時又能及時地響應使用者的操作或進行資料處理。否則，程式在採集資料時就不能響應使用者的操作；在響應使用者操作時就不能進行資料採集。尤其當採集的資料量很大，資料處理任務很重時，如果不採用多執行緒，採集時的漫長的等待是很讓人接受的。

---- 但是，多執行緒要比普通程式設計複雜得多。由於任一時刻都可能有多個執行緒同時執行，所以，許多的變數、資料都可能會被其他執行緒所修改。這就是多執行緒程式中最關鍵的執行緒間的同步控制問題。

---- 2. 多執行緒進行資料採集應解決的問題

---- 其實，多執行緒程式設計複雜是暫時的；如果，你採用傳統的C進行多執行緒的設計，那麼你必須自己控制執行緒間的同步。那將是很複雜的。但是，如果利用面向的設計方法，採用進行多執行緒程式設計，問題就簡單多了。這是因為，Delphi已將多執行緒的複雜性替我們處理了，我們所要做的就是繼承。

---- 具體地說，多執行緒資料採集需要完成以下工作：

---- ① 從TThread類派生一個自己的類SampleThread。這就是我們用於資料採集的類。進行採集時，只需要簡單地建立一個SampleThread的例項。

---- ② 過載超類TThread的Execute方法。在這一方法中將具體地執行資料採集任務。

---- ③ 如果希望一邊採集一邊顯示，就在編寫幾個用於顯示採集進度的過程，供Execute方法。

---- TThread類中最常用的屬性/方法如下：

Create方法：constructor Create

(CreateSuspended: Boolean);

---- 其中CreateSuspended引數確定執行緒在建立時是否立即執行。如果為True，新執行緒在建立後被掛起；如果為False，執行緒在建立後立即執行。

FreeOnTenate屬性：

property FreeOnTerminate: Boolean;

---- 該屬性確定程式設計師是否負責撤消該執行緒。如果該屬性為True，VCL將在該執行緒終止時自動撤消執行緒物件。它的預設值為False。

OnTerminate屬性：

property OnTerminate: TNotifyEvent;

---- 該屬性指定一個當執行緒終止時發生的事件。

---- 下面看一個具體的例子：

---- 3. 多執行緒資料採集的實現

---- 這是筆者開發的一個測抽油機功圖的程式。它的功能是採集抽油機懸點的載荷及位移資料，經過處理後做出抽油機的功圖。圖1(略)所示是資料採集時的介面。點“採集資料”按鈕後，程式將建立一新的執行緒，並設定其屬性。這一新執行緒將完成資料採集任務。程式如下：

Procedure TsampleForm.

DoSampleBtnClick(Sender: T);

Begin

ReDrawBtn.Enabled := True;

DoSampleBtn.Enabled := False;

FFTBtn.Enabled := True;

TheSampler := SampleThread.Create(False);

建立採集執行緒

TheSampler.OnTerminate := FFTBtnClick;

採集完成後要執行的任務

TheSampler.FreeOnTerminate := True;

採集完成後撤消

End;

---- 採集執行緒的類定義如下：

Type

SampleThread = class(TThread)

Public

function AdRead(ach: byte): integer; safecall;

讀A/D卡的

procedure UpdateCaption;

顯示採集所用時間

private

{ Private declarations }

protected

thes, thep: real;

dt: real;

id: integer;

st, ed: LongInt;

procedure Execute; overr;

這是關鍵。

End;

---- 在這個類中定義了一個函式AdRead用於操作A/D卡，兩個過程用於顯示採集的進度與所用時間。需要注意的是AdRead函式是用寫的，引數呼叫格式必須是safecall。

---- 關鍵的過載方法Execute的程式碼如下：

Procedure SampleThread.Execute;

Begin

StartTicker := GetTickCount;

id := 0;

Repeat

thes := Adread(15) * ad2mv * mv2l;

採集第15通道

thep := Adread(3) * ad2mv * mv2n;

採集第3通道

dt := GetTickCount - StartTicker;

sarray[id] := thes;

parray[id] := thep;

tarray[id] := dt;

inc(id);

Synchronize(UpdateCaption);

注意：顯示採集進度

Until id >=4096;

ed := GetTickCount;

Synchronize(ShowCostTime);

注意：顯示所用時間

end;

---- 從以上程式碼中可見，Execute與一般的程式碼並無本質區別。僅有的區別是顯示採集進度和顯示所用時間時，不能直接呼叫各自的過程，而是透過呼叫Synchronize間接地呼叫。這樣作是為了保持程式間的同步。

---- 4. 結論

---- 以上的程式採用Delphi 4.0，在-K6-2/300上實現。測試結果是這樣的：採用多執行緒，採集4096個點一般耗用10～14s的時間；如果不採用多執行緒則需要1分鐘到1分半。可見多執行緒可明顯提高程式的執行效率。