用Delphi在工業控制和自動化實現多線程進行數據采集

用Delphi在工業控制和自動化實現多線程進行數據采集
數據采集技術在工業控制及自動化等領域中發揮著重要的作用。數據采集的一般過程是這樣的：
①向采集卡發出通道選擇指令。②選擇要采集的通道號。③啟動A/D轉換。④等待，直到轉換完成。⑤從采集卡讀出數據。對于多通道的采集，在程序的設計中，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循環，依次采集各個數據通道。查詢法的優點是程序簡單，易于實現；缺點是采集過程中，CPU多數時間是在等待，造成資源的浪費。中斷法是采用硬件中斷的形式��先啟動A/D轉換，在轉換結束時發出一中斷信號��CPU響應采集卡的中斷時讀出所采集的數據。這樣，在等待轉換的時間里，CPU可以進行其他的計算工作，而不用處于等待狀態。中斷法的優點是資源能充分利用；但是程序設計復雜，尤其是當系統的硬件中斷資源緊張時，很容易造成中斷沖突；另外，在Windows或Win95等操作系統中，不允許用戶安裝中斷處理程序時，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��多線程技術。現在，我們可以利用多線程技術來進行數據采集。
---- 1. 采用多線程進行數據采集的優點
---- 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了。DOS環境中，執行中的程序可以獨占全部的資源；在Windows環境中，雖然它是一個略具雛形的多任務環境，但是只要你喜歡，你的程序仍然可以掌握所有的CPU時間。但是，在Windows95以及Windows NT中，一個程序無法獨占所有的CPU執行時間。而且，一個程序也不是從頭到尾一條線。相反，一個程序在執行中可以分為多個程序片段，同時執行。這些能同時執行的程序片段稱為線程。在Windows 95以及Windows NT中，操作系統同一時間可以輪流執行多個程序，這就是多任務。
---- 采用多線程進行數據采集可以有效地加快程序的反應速度、增加執行的效率。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用戶的輸入（如在DOS環境中）。如果采用多線程，那么就可以用一個線程等待用戶的輸入；另一個線程進行數據處理或其他的工作。對于數據采集程序，可以用一個單獨的線程進行數據采集。這樣，能最大限度的保證采集的實時性，而另外的線程同時又能及時地響應用戶的操作或進行數據處理。否則，程序在采集數據時就不能響應用戶的操作；在響應用戶操作時就不能進行數據采集。尤其當采集的數據量很大，數據處理任務很重時，如果不采用多線程，采集時的漫長的等待是很讓人接受的。
---- 但是，多線程要比普通程序設計復雜得多。由于任一時刻都可能有多個線程同時執行，所以，許多的變量、數據都可能會被其他線程所修改。這就是多線程程序中最關鍵的線程間的同步控制問題。
---- 2. 多線程進行數據采集應解決的問題
---- 其實，多線程程序設計復雜是暫時的；如果，你采用傳統的C進行多線程的設計，那么你必須自己控制線程間的同步。那將是很復雜的。但是，如果利用面向對象的設計方法，采用Delphi進行多線程程序設計，問題就簡單多了。這是因為，Delphi已將多線程的復雜性替我們處理了，我們所要做的就是繼承。
---- 具體地說，多線程數據采集需要完成以下工作：
---- ① 從TThread類派生一個自己的類SampleThread。這就是我們用于數據采集的類。進行采集時，只需要簡單地創建一個SampleThread的實例。
---- ② 重載超類TThread的Execute方法。在這一方法中將具體地執行數據采集任務。
---- ③ 如果希望一邊采集一邊顯示，就在編寫幾個用于顯示采集進度的過程，供Execute方法調用。
---- TThread類中最常用的屬性/方法如下：
Create方法：constructor Create
(CreateSuspended: Boolean);
---- 其中CreateSuspended參數確定線程在創建時是否立即執行。如果為True，新線程在創建后被掛起；如果為False，線程在創建后立即執行。
FreeOnTerminate屬性：
property FreeOnTerminate: Boolean;
---- 該屬性確定程序員是否負責撤消該線程。如果該屬性為True，VCL將在該線程終止時自動撤消線程對象。它的缺省值為False。
OnTerminate屬性：
property OnTerminate: TNotifyEvent;
---- 該屬性指定一個當線程終止時發生的事件。
---- 下面看一個具體的例子：
---- 3. 多線程數據采集的實現
---- 這是筆者開發的一個測抽油機功圖的程序。它的功能是采集抽油機懸點的載荷及位移數據，經過處理后做出抽油機的功圖。圖1(略)所示是數據采集時的界面。點“采集數據”按鈕后，程序將創建一新的線程，并設置其屬性。這一新線程將完成數據采集任務。程序如下：
Procedure TsampleForm.
DoSampleBtnClick(Sender: TObject);
Begin
ReDrawBtn.Enabled := True;
DoSampleBtn.Enabled := False;
FFTBtn.Enabled := True;
TheSampler := SampleThread.Create(False);
創建采集線程
TheSampler.OnTerminate := FFTBtnClick;
采集完成后要執行的任務
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
procedure UpdateCaption;
顯示采集所用時間
private
{ Private declarations }
protected
thes, thep: real;
dt: real;
id: integer;
st, ed: LongInt;
procedure Execute; override;
這是關鍵。
End;
--- 在這個類中定義了一個函數AdRead用于操作A/D卡，兩個過程用于顯示采集的進度與所用時間。需要注意的是AdRead函數是用匯編寫的，參數調用格式必須是safecall。
---- 關鍵的重載方法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：顯示采集進度
Until id >=4096;
ed := GetTickCount;
Synchronize(ShowCostTime);
注意：顯示所用時間
end;
---- 從以上代碼中可見，Execute與一般的代碼并無本質區別。僅有的區別是顯示采集進度和顯示所用時間時，不能直接調用各自的過程，而是通過調用Synchronize間接地調用。這樣作是為了保持進程間的同步。
---- 4. 結論
---- 以上的程序采用Delphi 4.0編程，在AMD-K6-2/300上實現。測試結果是這樣的：采用多線程，采集4096個點一般耗用10～14s的時間；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行效率。