用Delphi在工業(yè)控制和自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)多線程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集
數(shù)據(jù)采集技術(shù)在工業(yè)控制及自動(dòng)化等領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用。數(shù)據(jù)采集的一般過程是這樣的：
①向采集卡發(fā)出通道選擇指令。②選擇要采集的通道號(hào)。③啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。④等待，直到轉(zhuǎn)換完成。⑤從采集卡讀出數(shù)據(jù)。對(duì)于多通道的采集，在程序的設(shè)計(jì)中，一般采用的兩種方法。查詢法或中斷法。所謂查詢方法就是采用一個(gè)循環(huán)，依次采集各個(gè)數(shù)據(jù)通道。查詢法的優(yōu)點(diǎn)是程序簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)；缺點(diǎn)是采集過程中，CPU多數(shù)時(shí)間是在等待，造成資源的浪費(fèi)。中斷法是采用硬件中斷的形式��先啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)發(fā)出一中斷信號(hào)��CPU響應(yīng)采集卡的中斷時(shí)讀出所采集的數(shù)據(jù)。這樣，在等待轉(zhuǎn)換的時(shí)間里，CPU可以進(jìn)行其他的計(jì)算工作，而不用處于等待狀態(tài)。中斷法的優(yōu)點(diǎn)是資源能充分利用；但是程序設(shè)計(jì)復(fù)雜，尤其是當(dāng)系統(tǒng)的硬件中斷資源緊張時(shí)，很容易造成中斷沖突；另外，在Windows或Win95等操作系統(tǒng)中，不允許用戶安裝中斷處理程序時(shí)，則無法實(shí)現(xiàn)。
---- 以上討論的兩種方法都是在DOS下的方法；在Win95下，現(xiàn)在有了一個(gè)更好的方法��多線程技術(shù)。現(xiàn)在，我們可以利用多線程技術(shù)來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
---- 1. 采用多線程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的優(yōu)點(diǎn)
---- Win95/98最讓人喜愛的除了漂亮的界面以外，就是多線程與多任務(wù)了。DOS環(huán)境中，執(zhí)行中的程序可以獨(dú)占全部的資源；在Windows環(huán)境中，雖然它是一個(gè)略具雛形的多任務(wù)環(huán)境，但是只要你喜歡，你的程序仍然可以掌握所有的CPU時(shí)間。但是，在Windows95以及Windows NT中，一個(gè)程序無法獨(dú)占所有的CPU執(zhí)行時(shí)間。而且，一個(gè)程序也不是從頭到尾一條線。相反，一個(gè)程序在執(zhí)行中可以分為多個(gè)程序片段，同時(shí)執(zhí)行。這些能同時(shí)執(zhí)行的程序片段稱為線程。在Windows 95以及Windows NT中，操作系統(tǒng)同一時(shí)間可以輪流執(zhí)行多個(gè)程序，這就是多任務(wù)。
---- 采用多線程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集可以有效地加快程序的反應(yīng)速度、增加執(zhí)行的效率。一般的程序中都要處理用戶的輸入，但用戶的輸入速度與CPU的執(zhí)行速度相比就向走路與做飛機(jī)一樣。這樣，CPU就將浪費(fèi)大量的時(shí)間用來等待用戶的輸入（如在DOS環(huán)境中）。如果采用多線程，那么就可以用一個(gè)線程等待用戶的輸入；另一個(gè)線程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或其他的工作。對(duì)于數(shù)據(jù)采集程序，可以用一個(gè)單獨(dú)的線程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。這樣，能最大限度的保證采集的實(shí)時(shí)性，而另外的線程同時(shí)又能及時(shí)地響應(yīng)用戶的操作或進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。否則，程序在采集數(shù)據(jù)時(shí)就不能響應(yīng)用戶的操作；在響應(yīng)用戶操作時(shí)就不能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。尤其當(dāng)采集的數(shù)據(jù)量很大，數(shù)據(jù)處理任務(wù)很重時(shí)，如果不采用多線程，采集時(shí)的漫長(zhǎng)的等待是很讓人接受的。
---- 但是，多線程要比普通程序設(shè)計(jì)復(fù)雜得多。由于任一時(shí)刻都可能有多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行，所以，許多的變量、數(shù)據(jù)都可能會(huì)被其他線程所修改。這就是多線程程序中最關(guān)鍵的線程間的同步控制問題。
---- 2. 多線程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集應(yīng)解決的問題
---- 其實(shí)，多線程程序設(shè)計(jì)復(fù)雜是暫時(shí)的；如果，你采用傳統(tǒng)的C進(jìn)行多線程的設(shè)計(jì)，那么你必須自己控制線程間的同步。那將是很復(fù)雜的。但是，如果利用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，采用Delphi進(jìn)行多線程程序設(shè)計(jì)，問題就簡(jiǎn)單多了。這是因?yàn)椋珼elphi已將多線程的復(fù)雜性替我們處理了，我們所要做的就是繼承。
---- 具體地說，多線程數(shù)據(jù)采集需要完成以下工作：
---- ① 從TThread類派生一個(gè)自己的類SampleThread。這就是我們用于數(shù)據(jù)采集的類。進(jìn)行采集時(shí)，只需要簡(jiǎn)單地創(chuàng)建一個(gè)SampleThread的實(shí)例。
---- ② 重載超類TThread的Execute方法。在這一方法中將具體地執(zhí)行數(shù)據(jù)采集任務(wù)。
---- ③ 如果希望一邊采集一邊顯示，就在編寫幾個(gè)用于顯示采集進(jìn)度的過程，供Execute方法調(diào)用。
---- TThread類中最常用的屬性/方法如下：
Create方法：constructor Create
(CreateSuspended: Boolean);
---- 其中CreateSuspended參數(shù)確定線程在創(chuàng)建時(shí)是否立即執(zhí)行。如果為True，新線程在創(chuàng)建后被掛起；如果為False，線程在創(chuàng)建后立即執(zhí)行。
FreeOnTerminate屬性：
property FreeOnTerminate: Boolean;
---- 該屬性確定程序員是否負(fù)責(zé)撤消該線程。如果該屬性為True，VCL將在該線程終止時(shí)自動(dòng)撤消線程對(duì)象。它的缺省值為False。
OnTerminate屬性：
property OnTerminate: TNotifyEvent;
---- 該屬性指定一個(gè)當(dāng)線程終止時(shí)發(fā)生的事件。
---- 下面看一個(gè)具體的例子：
---- 3. 多線程數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)
---- 這是筆者開發(fā)的一個(gè)測(cè)抽油機(jī)功圖的程序。它的功能是采集抽油機(jī)懸點(diǎn)的載荷及位移數(shù)據(jù)，經(jīng)過處理后做出抽油機(jī)的功圖。圖1(略)所示是數(shù)據(jù)采集時(shí)的界面。點(diǎn)“采集數(shù)據(jù)”按鈕后，程序?qū)?chuàng)建一新的線程，并設(shè)置其屬性。這一新線程將完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)。程序如下：
Procedure TsampleForm.
DoSampleBtnClick(Sender: TObject);
Begin
ReDrawBtn.Enabled := True;
DoSampleBtn.Enabled := False;
FFTBtn.Enabled := True;
TheSampler := SampleThread.Create(False);
創(chuàng)建采集線程
TheSampler.OnTerminate := FFTBtnClick;
采集完成后要執(zhí)行的任務(wù)
TheSampler.FreeOnTerminate := True;
采集完成后撤消
End;
---- 采集線程的類定義如下：
Type
SampleThread = class(TThread)
Public
function AdRead(ach: byte): integer; safecall;
讀A/D卡的函數(shù)
procedure UpdateCaption;
顯示采集所用時(shí)間
private
{ Private declarations }
protected
thes, thep: real;
dt: real;
id: integer;
st, ed: LongInt;
procedure Execute; override;
這是關(guān)鍵。
End;
--- 在這個(gè)類中定義了一個(gè)函數(shù)AdRead用于操作A/D卡，兩個(gè)過程用于顯示采集的進(jìn)度與所用時(shí)間。需要注意的是AdRead函數(shù)是用匯編寫的，參數(shù)調(diào)用格式必須是safecall。
---- 關(guān)鍵的重載方法Execute的代碼如下：
Procedure SampleThread.Execute;
Begin
StartTicker := GetTickCount;
id := 0;
Repeat
thes := Adread(15) * ad2mv * mv2l;
采集第15通道
thep := Adread(3) * ad2mv * mv2n;
采集第3通道
dt := GetTickCount - StartTicker;
sarray[id] := thes;
parray[id] := thep;
tarray[id] := dt;
inc(id);
Synchronize(UpdateCaption);
注意：顯示采集進(jìn)度
Until id >=4096;
ed := GetTickCount;
Synchronize(ShowCostTime);
注意：顯示所用時(shí)間
end;
---- 從以上代碼中可見，Execute與一般的代碼并無本質(zhì)區(qū)別。僅有的區(qū)別是顯示采集進(jìn)度和顯示所用時(shí)間時(shí)，不能直接調(diào)用各自的過程，而是通過調(diào)用Synchronize間接地調(diào)用。這樣作是為了保持進(jìn)程間的同步。
---- 4. 結(jié)論
---- 以上的程序采用Delphi 4.0編程，在AMD-K6-2/300上實(shí)現(xiàn)。測(cè)試結(jié)果是這樣的：采用多線程，采集4096個(gè)點(diǎn)一般耗用10～14s的時(shí)間；如果不采用多線程則需要1分鐘到1分半。可見多線程可明顯提高程序的執(zhí)行效率。