.Net Micro Framework線程技術(shù)詳解

作者：黃季冬 2009-07-09 09:28:19

本文向您介紹.NET Micro Framework線程技術(shù)，針對(duì).NET Micro Framework中的多線程和WPF中的多線程做深入探討。

嵌入式微框架.Net Micro Framework提供了對(duì)線程調(diào)度的支持，和它的兩位前輩(.Net Framework, .Net Compact Framework)相比，Micro Framework并不需要依賴于OS提供的線程管理的服務(wù)，因?yàn)镸icro Framework本身就是一個(gè)“類操作系統(tǒng)”。本文介紹了Micro Framework中的多線程原理，以及.Net Micro Framework中WPF的多線程編程。

簡介

作為.NET家族的一名新成員，.Net Micro Framework是微軟專門針對(duì)超輕量級(jí)平臺(tái)（主要是一些低端的32位微處理器）設(shè)計(jì)的軟件架構(gòu)。其結(jié)構(gòu)如圖1：

圖1. .Net Micro Framework 架構(gòu)

.Net Micro Framework有且僅有一條本地執(zhí)行線程，這條線程上跑的就是.Net Micro Framework CLR（TinyCLR）。TinyCLR是一個(gè)可以自己引導(dǎo)的運(yùn)行環(huán)境，和完整版本的.Net一樣會(huì)管理它自己涉及的內(nèi)存。所以可以認(rèn)為.Net Micro Framework不需要依賴操作系統(tǒng)提供線程和內(nèi)存管理的服務(wù)。所以，完全可以把.Net Micro Framework移植到?jīng)]有OS，甚至沒有內(nèi)存管理單元（MMU）的某些ARM7處理器上。

盡管只在單一的線程上執(zhí)行，但是CLR要求對(duì)驅(qū)動(dòng)的調(diào)用“看起來”是異步的，也就是說這些調(diào)用會(huì)立即返回，而不是一直阻塞直到該任務(wù)的硬件I/O完成。這和Windows下的APC（asynchronous procedure call）的實(shí)現(xiàn)非常類似。TinyCLR的線程調(diào)度依賴于APC的完成模式，APC的實(shí)現(xiàn)依賴于圖1中PAL層的定時(shí)器（Timer）的實(shí)現(xiàn)，如圖2。

圖2. .Net Micro Framework上的異步調(diào)用

Micro Framework的基本線程操作

下面先簡單介紹幾種最基本的，在.Net Micro Framework被支持的線程相關(guān)方法：

1.Join

和完整版的.Net Framework一樣Micro Framework的System.Threading.Thread類提供了Join方法，所謂join（合并）用于使當(dāng)前線程等待直至調(diào)用該線程的方法執(zhí)行完畢或者到達(dá)指定的等待時(shí)間，這里不做多的介紹了。

2.Timer

這里是說System.Threading.Timer類，和完整版的.Net Framework一樣它的構(gòu)造函數(shù)中提供了一個(gè)TimerCallback委托類型的參數(shù)。它告訴線程池要拿出一個(gè)線程來按特定的時(shí)間或者頻率執(zhí)行這個(gè)callback函數(shù)。

3.Event

Micro Framework中線程可以用事件的方式來響應(yīng), 比如在訪問一些共享資源的時(shí)候可以使用AutoResetEvent, 通過Wait-Set的組合來同步線程。

以上幾種基本操作，在SDK的Threading例程中都有使用，這里不再贅述。

WPF與Dispatcher

初次接觸.Net Micro Framework那WPF風(fēng)格的UI編程模型時(shí)（沒有Windows Forms），總是面臨著許多性能和安全上的問題。其中很常見的就是數(shù)據(jù)更新和界面刷新的問題。

典型的有UI的Micro Framework應(yīng)用程序都會(huì)有兩個(gè)邏輯線程，一個(gè)是開發(fā)者顯式創(chuàng)建用來處理硬件I/O的。另一個(gè)是由TinyCLR隱式創(chuàng)建并維護(hù)的，它用來處理所有的UI操作，我們姑且把it叫做WPF UI線程例如繪制UI元素，繪制控件和窗體等。

Micro Framework中的UI元素的更新，可以使用Dispacther和DispatcherTimer以線程安全的方式訪問UI元素。什么是Dispacther呢？你可以把它看作綁定在上述第二個(gè)線程上的一個(gè)消息隊(duì)列，WPF UI線程一直盯著這個(gè)隊(duì)列來接受各種操作命令。你只需要把你的命令，即相關(guān)待執(zhí)行的函數(shù)，enqueue到這個(gè)隊(duì)列。即可讓這個(gè)函數(shù)獲得線程安全的執(zhí)行。

下面我們通過一個(gè)時(shí)鐘的例子來說明如何在Micro Framework中使用Dispatcher，在本例中我們會(huì)在一條單獨(dú)的線程上更新畫面上的文本。打開Visual Studio創(chuàng)建一個(gè)Micro Framework的windows程序

首先，在main函數(shù)之外，我們定義一個(gè)文本和負(fù)責(zé)更新它的線程：

private Text text;  
private Thread updateThread;

然后，我們需要為這個(gè)更新操作定義一個(gè)委托，這個(gè)委托的實(shí)例將被用來添加到WPF UI的“消息隊(duì)列”中去：

///   /// 用來更新文本的委托  
/// 
  
/// 新文本  
public delegate void UpdateTextDelegate(String newText);

然后我們需要一個(gè)該委托的實(shí)例指向的實(shí)際函數(shù)，它非常簡單：

public void UpdateText(String newText)  
 {  
     text.TextContent = newText;  
 }

接下來我們還需要讓UpdateThread做點(diǎn)什么，就是要它通過Dispatcher來完成這個(gè)異步的線程安全的UI更新：

public void UpdateTextThread()  
        {  
            while (true)  
            {  
                this.Dispatcher.BeginInvoke(new UpdateTextDelegate(UpdateText),   
new object[] { DateTime.Now.ToString("hh:mm:ss") });  
                // 休眠1秒  
                Thread.Sleep(1000);  
            }  
        }

***，我們要在CreatWindow方法返回前，添加如下代碼以啟動(dòng)上述線程：

updateThread = new Thread(new ThreadStart(UpdateTextThread));  
            updateThread.Start();

其運(yùn)行效果如下:

運(yùn)行效果

這種有周期的調(diào)用方式，還可以使用DispatcherTimer來處理，此時(shí)唯一需要改變的是UpdateText的簽名，使之符合EventHander的格式：

public void UpdateText(object sender, EventArgs e)  
{  
    text.TextContent = DateTime.Now.ToString("hh:mm:ss");  
}

使用DispatcherTimer非常簡單：

dispatchTimer = new DispatcherTimer(textView.Dispatcher);  
 dispatchTimer.Tick += new EventHandler(UpdateText);  
 dispatchTimer.Interval = new TimeSpan(0, 0, 1);  
 dispatchTimer.Start();

Micro Framework并不勝任所有情況

對(duì)于一些高吞吐量，且對(duì)實(shí)時(shí)性要求比較高的情景（比如一個(gè)需要對(duì)音頻數(shù)據(jù)流編解碼輸出CD音質(zhì)的設(shè)備），使用Micro Framework設(shè)備做這些工作并不是一個(gè)好的選擇。要滿足這樣的需求，你可以使用一些輔助的處理器（比如DSP），通過SPI或者I2C連接到Micro Framework設(shè)備。讓它們?nèi)プ龇敝氐臄?shù)據(jù)處理工作，而使用Micro Framework來創(chuàng)建友好的UI并承擔(dān)一些非嚴(yán)格實(shí)時(shí)性的工作。

另外一種方式就是把Micro Framework移植到一個(gè)多線程實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)上，然后把那些實(shí)時(shí)性高的代碼交給一條高優(yōu)先級(jí)的線程去跑。

總結(jié)

NET Micro Framework 將 .NET 的可靠性和效率與 Visual Studio的高生產(chǎn)率結(jié)合起來，以針對(duì)價(jià)格較低、資源受限的小型設(shè)備開發(fā)應(yīng)用程序,可幫助人們使用熟悉的 Visual Studio 工具來構(gòu)建托管的嵌入式應(yīng)用程序。從中你可以發(fā)現(xiàn)使用托管代碼以O(shè)O的方式在嵌入式設(shè)備上面編寫擁有漂亮的UI的多線程程序是如此簡單自然。也許你再也不想回到過去那Win32或者POSIX風(fēng)格的代碼中去了。同時(shí)要注意Micro Framework的適用范圍，注意避免由MF直接承擔(dān)一些實(shí)時(shí)性較高的，大數(shù)據(jù)量的任務(wù)。

【編輯推薦】