周谦 江燕 董宜丰

随着计算机技术的发展，信号接收设备大量运用于计算机进行设备控制、数据处理和人机交互。在接收设备完成天线信号接收、模数转换和解调处理后，人机交互和后续数据处理显示工作由计算机应用软件来完成。通常设备要求体积小、功耗低，编写的软件需充分发挥CPU性能，以提升设备效率。本文结合多通道接收设备，讨论多线程技术在利用CPU资源方面的应用。

设备情况

多通道接收設备用于0.1～30 MHz频率范围内的短波无线电信号的接收和解调。接收设备采用CPCI总线化设计，可满足固定台、站等不同场合下的应用。接收设备可独立完成常规信号的解调，同时将解调的基带I/Q和语音数据通过总线传输到上位机，实现上层网控处理。

多通道接收设备由CPCI主控单元、8块接收板卡和CPCI机箱组成，如图1所示。

接收设备主控单元采用CPCI主板，该产品是一款基于第三代低压Intel i7双核四线程（TDP 25 W、主频2.5 GHz）的CPCI刀片式计算机。接收板卡包括信道电路、本振电路、信号处理电路和音频功放电路。无线电信号经过接收板卡处理后，转换为基带I/Q和语音数据，再由驱动以中断的形式通知操作系统，将数据传至应用层软件。应用软件把收到的数据处理后显示为波形图、频谱图，同时将数据以文件形式保存至硬盘，并通过网络分发到后端台位。

问题现象

由底层上传的8路音频数据最大采样率为153.6 kbps，采用拉格朗日插值法实现任意可变采样率时，运算量非常大，应用软件出现卡顿现象，任务管理器的CPU使用约为28 %，并且CPU的线程1已接近满载，如图2所示。将数据存储后用cooledit软件打开时，发现保存在硬盘中的文件数据出现不连续，如图3所示，直接影响到后续的分析处理结果。

原因分析

监视CPU使用情况，发现随着使用路数的增加，CPU线程1的使用率随之增加，但其他三路占用率变化不大。理想状况下，每块接收板卡的中断到来后，应用软件立即接收数据并及时进行处理。但是当多路接收板卡同时工作时，由于各个接收板卡的硬件是相互独立的，不同板卡产生中断的时间间隔不确定，有可能非常接近。当应用软件正在处理其中一块接收卡数据时，另一块接收卡产生中断，造成数据阻塞。大量的阻塞发生后，导致CPU某一路占用度过高，影响系统的整体性能，造成数据处理和保存的异常。

解决办法

由于数据处理需要占用部分CPU资源，当8路接收卡的数据处理都是在主线程中完成时，无法充分利用CPU资源，因此采用多线程技术的应用程序可以更好地利用系统资源。该方法主要优势在于充分利用了CPU的空闲时间片，用尽可能少的时间来对用户的要求做出响应，使得进程的整体运行效率得到较大提高，同时增强了应用程序的灵活性。

为此，在软件中给8路接收卡的数据处理部分创建独立的线程，并将未处理的数据缓存到数据池中，在各个线程中进行数据处理与保存到硬盘的操作。使用AfxBeginThread函数创建线程，在线程中使用WaitForSingleObject等待事件被触发，处理完数据后调用ResetEvent复位事件信号，退出软件时调用AfxEndThread函数结束线程。经过调整后的软件运行时的CPU使用效率得到提升，资源分配均匀，如图4所示；
未出现卡顿现象，保存在文件中的数据连续，如图5所示。

通过对比增加数据处理多线程前后的CPU使用情况，可以明显看到效率的提高和资源利用更加均衡。应用软件的多线程实现多路接收信号的并行处理与保存时，可提升CPU的处理效率，避免中断影响数据处理和文件保存，保证了数据的连续性和有效性。

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