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  • 不小心翻出一个20多年前的工作笔记

    数据采集技术在工业控制及自动化等领域中发挥着重要的作用。数据采集的一般过程是这样的:

      ①向采集卡发出通道选择指令。

      ②选择要采集的通道号。

      ③启动A/D转换。

      ④等待,直到转换完成。

      ⑤从采集卡读出数据。

    对于多通道的采集,在程序的设计中,一般采用的两种方法:

    1、查询法

    所谓查询方法就是采用一个循环,依次采集各个数据通道。查询法的优点是程序简单,易于实现;缺点是采集过程中,CPU多数时间是在等待,造成资源的浪费。

    2、中断法

      中断法是采用硬件中断的形式——先启动A/D转换,在转换结束时发出一中断信号——CPU响应采集卡的中断时读出所采集的数据。这样,在等待转换的时间里,CPU可以进行其他的计算工作,而不用处于等待状态。中断法的优点是资源能充分利用;但是程序设计复杂,尤其是当系统的硬件中断资源紧张时,很容易造成中断冲突;另外,在Windows或Win95等操作系统中,不允许用户安装中断处理程序时,则无法实现。

    以上讨论的两种方法都是在DOS下的方法;在Win95下,现在有了一个更好的方法——多线程技术。现在,我们可以利用多线程技术来进行数据采集。

    1. 采用多线程进行数据采集的优点

      Win95/98最让人喜爱的除了漂亮的界面以外,就是多线程与多任务了。DOS环境中,执行中的程序可以独占全部的资源;在Windows环境中,虽然它是一个略具雏形的多任务环境,但是只要你喜欢,你的程序仍然可以掌握所有的CPU时间。但是,在Windows 95以及Windows NT中,一个程序无法独占所有的CPU执行时间。而且,一个程序也不是从头到尾一条线。相反,一个程序在执行中可以分为多个程序片段,同时执行。这些能同时执行的程序片段称为线程。在Windows 95以及Windows NT中,操作系统同一时间可以轮流执行多个程序,这就是多任务

      采用多线程进行数据采集可以有效地加快程序的反应速度、增加执行的效率。一般的程序中都要处理用户的输入,但用户的输入速度与CPU的执行速度相比就向走路与做宇宙飞船一样。这样,CPU就将浪费大量的时间用来等待用户的输入(如在DOS环境中)。如果采用多线程,那么就可以用一个线程等待用户的输入;另一个线程进行数据处理或其他的工作。对于数据采集程序,可以用一个单独的线程进行数据采集。这样,能最大限度的保证采集的实时性,而另外的线程同时又能及时地响应用户的操作或进行数据处理。否则,程序在采集数据时就不能响应用户的操作;在响应用户操作时就不能进行数据采集。尤其当采集的数据量很大,数据处理任务很重时,如果不采用多线程,采集时的漫长的等待是很让人接受的。

      但是,多线程要比普通程序设计复杂得多。由于任一时刻都可能有多个线程同时执行,所以,许多的变量、数据都可能会被其他线程所修改。这就是多线程程序中最关键的线程间的同步控制问题。

    2. 多线程进行数据采集应解决的问题

      其实,多线程程序设计复杂是暂时的;如果,你采用传统的C进行多线程的设计,那么你必须自己控制线程间的同步。那将是很复杂的。但是,如果利用面向对象的设计方法,采用Delphi进行多线程程序设计,问题就简单多了。这是因为,Delphi已将多线程的复杂性替我们处理了,我们所要做的就是继承。

      具体地说,多线程数据采集需要完成以下工作:

       ① 从TThread类派生一个自己的类SampleThread。这就是我们用于数据采集的类。进行采集时,只需要简单地创建一个SampleThread的实例。

       ② 重载超类TThread的Execute方法。在这一方法中将具体地执行数据采集任务。

      ③ 如果希望一边采集一边显示,就在编写几个用于显示采集进度的过程,供Execute方法调用。

      TThread类中最常用的属性/方法如下:
    
      Create方法:
    
      constructor Create
    
      (CreateSuspended: Boolean);

    ---- 其中CreateSuspended参数确定线程在创建时是否立即执行。如果为True,新线程在创建后被挂起;如果为False,线程在创建后立即执行。

    FreeOnTerminate属性:
    property FreeOnTerminate: Boolean;

    ---- 该属性确定程序员是否负责撤消该线程。如果该属性为True,VCL将在该线程终止时自动撤消线程对象。它的缺省值为False。

    OnTerminate属性:
    property OnTerminate: TNotifyEvent;

    ---- 该属性指定一个当线程终止时发生的事件。

    ---- 下面看一个具体的例子:

    ---- 3. 多线程数据采集的实现

    ---- 这是笔者在工业发电厂针对4#锅炉开发的程序。它的功能是采集锅炉的炉排速度和进煤的厚度,经过处理后做出实时耗煤量图。关键部分程序如下:

    Procedure TsampleForm.DoSampleBtnClick(Sender: TObject);
    Begin
      ReDrawBtn.Enabled := True;
      DoSampleBtn.Enabled := False;
      FFTBtn.Enabled := True;
      TheSampler := SampleThread.Create(False);
    //创建采集线程
      TheSampler.OnTerminate := FFTBtnClick; 
    //采集完成后要执行的任务
      TheSampler.FreeOnTerminate := True; 
    //采集完成后撤消
    End;
    ---- 采集线程的类定义如下:
    
    Type
    SampleThread = class(TThread)
    Public
    function AdRead(ach: byte): integer; safecall;
    //读A/D卡的函数
    procedure UpdateCaption;
    //显示采集所用时间
    private
    { Private declarations }
    protected
      thes, thep: real;
      dt: real;
      id: integer;
      st, ed: LongInt;
    procedure Execute; override;
    //这是关键。
    End;

    ---- 在这个类中定义了一个函数AdRead用于操作A/D卡,两个过程用于显示采集的进度与所用时间。需要注意的是AdRead函数是用汇编写的,参数调用格式必须是safecall。

    ---- 关键的重载方法Execute的代码如下:

    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); 
    //显示采集进度
      Until id >=4096;
      ed := GetTickCount;
      Synchronize(ShowCostTime); 
    //显示所用时间
    end;

    ---- 从以上代码中可见,Execute与一般的代码并无本质区别。仅有的区别是显示采集进度和显示所用时间时,不能直接调用各自的过程,而是通过调用Synchronize间接地调用。这样作是为了保持进程间的同步。

    ---- 4. 结论

    ---- 以上的程序采用Delphi 3.0编程,在Intel CPU 奔腾586 上实现。测试结果是这样的:采用多线程,采集4096个点一般耗用11~16s的时间;如果不采用多线程则需要1分钟到1分半。可见多线程可明显提高程序的执行效率。

      时光飞逝,一晃就是这么多年,当时因各种原因离开了电厂,自己也重新回到了起点,20年前的工作笔记竟然还找到了,可是,运行着我代码的那台机器,你现在还好吗......?

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/saintyear/p/14990066.html
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