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.NetMicroFramework線程技術詳解

嵌入式微框架.Net Micro Framework提供了對線程調度的支持，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，因為Micro Framework本身就是一個“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。

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簡介

作為.NET家族的一名新成員，.Net Micro Framework是微軟專門針對超輕量級平臺（主要是一些低端的32位微處理器）設計的軟件架構。其結構如圖1：

圖1. .Net Micro Framework 架構

 .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是一個可以自己引導的運行環(huán)境，和完整版本的.Net一樣會管理它自己涉及的內存。所以可以認為.Net Micro Framework不需要依賴操作系統(tǒng)提供線程和內存管理的服務。所以，完全可以把.Net Micro Framework移植到沒有OS，甚至沒有內存管理單元（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要求對驅動的調用“看起來”是異步的，也就是說這些調用會立即返回，而不是一直阻塞直到該任務的硬件I/O完成。這和Windows下的APC（asynchronous procedure call）的實現(xiàn)非常類似。TinyCLR的線程調度依賴于APC的完成模式，APC的實現(xiàn)依賴于圖1中PAL層的定時器（Timer）的實現(xiàn)，如圖2。

圖2. .Net Micro Framework上的異步調用

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）用于使當前線程等待直至調用該線程的方法執(zhí)行完畢或者到達指定的等待時間，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一樣它的構造函數(shù)中提供了一個TimerCallback委托類型的參數(shù)。它告訴線程池要拿出一個線程來按特定的時間或者頻率執(zhí)行這個callback函數(shù)。

3.Event

Micro Framework中線程可以用事件的方式來響應, 比如在訪問一些共享資源的時候可以使用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風格的UI編程模型時（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應用程序都會有兩個邏輯線程，一個是開發(fā)者顯式創(chuàng)建用來處理硬件I/O的。另一個是由TinyCLR隱式創(chuàng)建并維護的，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線程上的一個消息隊列，WPF UI線程一直盯著這個隊列來接受各種操作命令。你只需要把你的命令，即相關待執(zhí)行的函數(shù)，enqueue到這個隊列。即可讓這個函數(shù)獲得線程安全的執(zhí)行。

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

首先，在main函數(shù)之外，我們定義一個文本和負責更新它的線程：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. private Text text;  
    2.   
  
  
  
  2. private Thread updateThread;  
    3.

然后，我們需要為這個更新操作定義一個委托，這個委托的實例將被用來添加到WPF UI的“消息隊列”中去：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. ///   
    2.   
  
  2. /// 用來更新文本的委托  
    3.   
  
  3. /// 
    4.  
  
   
  
  
  
  
  4. ///  新文本   
    5.   
  
  
  
  5. public delegate void UpdateTextDelegate(String newText);  
    6.

然后我們需要一個該委托的實例指向的實際函數(shù)，它非常簡單：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public void UpdateText(String newText)  
    2.   
  
  
  
  2.  {  
    3.   
  
  
  
  3.      text.TextContent = newText;  
    4.   
  
  
  
  4.  }  
    5.

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

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public void UpdateTextThread()  
    2.   
  
  
  
  2.         {  
    3.   
  
  
  
  3.             while (true)  
    4.   
  
  
  
  4.             {  
    5.   
  
  
  
  5.                 this.Dispatcher.BeginInvoke(new UpdateTextDelegate(UpdateText),   
    6.   
  
  
  
  6. new object[] { DateTime.Now.ToString("hh:mm:ss") });  
    7.   
  
  
  
  7.                 // 休眠1秒  
    8.   
  
  
  
  8.                 Thread.Sleep(1000);  
    9.   
  
  
  
  9.             }  
    10.   
  
  
  
  10.         }  
    11.

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

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. updateThread = new Thread(new ThreadStart(UpdateTextThread));  
    2.   
  
  
  
  2.             updateThread.Start(); 
    3.

其運行效果如下:

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

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. public void UpdateText(object sender, EventArgs e)  
    2.   
  
  
  
  2. {  
    3.   
  
  
  
  3.     text.TextContent = DateTime.Now.ToString("hh:mm:ss");  
    4.   
  
  
  
  4. } 
    5.

使用DispatcherTimer非常簡單：

 
 
 
 
    
  
  
  
  
  1. dispatchTimer = new DispatcherTimer(textView.Dispatcher);  
    2.   
  
  
  
  2.  dispatchTimer.Tick += new EventHandler(UpdateText);  
    3.   
  
  
  
  3.  dispatchTimer.Interval = new TimeSpan(0, 0, 1);  
    4.   
  
  
  
  4.  dispatchTimer.Start();  
    5.

Micro Framework并不勝任所有情況

對于一些高吞吐量，且對實時性要求比較高的情景（比如一個需要對音頻數(shù)據(jù)流編解碼輸出CD音質的設備），使用Micro Framework設備做這些工作并不是一個好的選擇。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設備。讓它們去做繁重的數(shù)據(jù)處理工作，而使用Micro Framework來創(chuàng)建友好的UI并承擔一些非嚴格實時性的工作。

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

總結

NET Micro Framework 將 .NET 的可靠性和效率與 Visual Studio的高生產率結合起來，以針對價格較低、資源受限的小型設備開發(fā)應用程序,可幫助人們使用熟悉的 Visual Studio 工具來構建托管的嵌入式應用程序。從中你可以發(fā)現(xiàn)使用托管代碼以OO的方式在嵌入式設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風格的代碼中去了。同時要注意Micro Framework的適用范圍，注意避免由MF直接承擔一些實時性較高的，大數(shù)據(jù)量的任務。


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