基于USB接口的并行写入技术的设计与实现

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摘要：资料共享是生活工作中的重要问题，而USB并行写入技术则是一种针对此问题的高效率的解决方武。通过分析基于usb接口的高端USB拷贝机和低端BIN文件写入程序的缺点以及文件并行写入的优点，在此基础上介绍了实现文件并行写入技术的相关C++类和多线程概念。最后对USB并行写入系统的实现进行了详细的阐述。

关键词：并行写入　C++类　多线程

中图分类号：TP3　文献标识码：A　文章编号：1007-3973(2011)005-061-02

1.　引言

无论是在会议上、学术报告上还是课堂教学中，资料共享总是一个不可或缺的环节，而这种资料共享的方式主要是基于U盘等带USB接口的存储设备实现的，我们通常所用的方式一般是一个接一个U盘地进行写入，这样无疑会让很多人的宝贵时间在等待中浪费掉。目前市面上和网上已有一些针对这个问题的软硬件产品，以硬件居多。硬件产品主要是USB拷贝机，而软件产品则是一些小型的BIN文件传送程序，但是它们都存在着一些导致其难以通用的缺点。

尽管USB拷贝机在功能方面的一些优势，但在价格方面USB拷贝机的高成本影响了它的使用范围，目前主流USB拷贝机的价格从几千到上万不等，对于课堂、办公室及会议等人员流动场所，显然不适于应用昂贵的USB拷贝机，只有一些需要经常性用到U盘文件传送而对效率有高要求的场所，才会配有USB拷贝机。

BIN文件传送程序可以从网上下载，但目前网上流行的BIN文件传送程序在功能上还存在各种各样的缺点，通病是只支持从BIN文件写入多个U盘，导致在把文件写入U盘前程序会自动对U盘进行格式化，此外，这些程序传送文件的速度普遍不高，人们急需一款好的USB写入程序来解决这一系列的问题。

“USB并行写入系统”很好地解决了各种需求问题，它是基于C++语言的一款功能强大的应用程序，支持各种类型的文件拷贝，以并行方式写入文件，具有高速的文件传送速度，其主要功能如图1所示。

相对USB拷贝机和BIN文件传送程序，“USB并行写入系统”具有无法比拟的优点，其功能远远强于目前网上流行的各种BIN文件传送程序，虽然不具备USB拷贝机那样全面的功能，但在一些基本的但又核心的功能上，“USB并行写入系统”达到或接近了USB拷贝机的功能，并且价格上也有着巨大的优势，因此，对于课堂、办公室及会议上的资料共享的需求来说，“USB并行写入系统”的推出无疑为大家带来了福音。

2.　概述

2.1　QWidget类

QWidget类是所有用户界面对象的基类。窗口部件是用户界面的一个原子：它从窗口系统接收鼠标、键盘和其它事件，并做出相应的响应和动作。通过调用QWidget的成员函数可以使用它们继承父类提供的实际的功能，比如QPush-Button、QListBox和OLabel等等。

2.2　多线程

传统的图形用户界面应用程序只有一个执行线程，并且一次只执行一个操作。如果用户从界面中调用一个数据密集的操作，那么当执行这个操作时，虽然实际上该操作正在进行，但应用程序却在等待这个操作的完成，却不能响应其它操作，这样就降低了应用程序的实用性。

但是如果使用多线程的思路，图形用户界面运行于它自己的线程中，而另外的事件处理过程则会发生在其它的线程之中。这样就使得即使在处理那些比较耗时的事件时，应用程序也能对图形用户界面保持响应。这种优势在事件响应频繁，操作耗费时间的环境中非常明显。

2.3　QThread类

与多线程的实现线程相关的最重要的类当然是QThread类，该类提供了创建一个新线程以及控制线程运行的各种方法。线程是通过QThread::run()重载函数开始执行的，这一点很像Java语言中的线程类。

在Qt系统中，始终运行着一个GUI主事件线程，当底层的窗口系统中发生事件，这个主线程就从系统事件队列中获。取各个事件，进行并将它们分发到各个组件去处理。

3.　系统实现

3.1　系统概述

3.1.1　设计目标

基于以上的阐述，本文提出全新的系统设计思路，除具备并行写入、多功能选择的优点外，还有以下优势：比起市面上高端USB拷贝机和低端BIN文件写入程序，不会强制格式化U盘，更符合用户习惯；采用标准的Qt设计方式，可以跨平台运行，适用于不同的操作系统。

3.1.2　设计原理

当U盘插入计算机时，计算机会自动产生一个信号，当系统捕获这些信号以后，就可以得到所插入U盘的基本信息，并且通过文件列表的方式将其显示出来。

当选择了要传送的文件之后，将所选择的文件通过FileL-ist表的方式显示出来。用户选择要传送的目标U盘，点击了“写入”按钮后，程序会自动分配给每一个U盘一个线程用来执行文件的拷贝任务，这样就很好的实现了USB的并行写入功能。

3.1.3　设计框架

根据系统设计目标和设计原理，以Qt为系统开发平台，采用C++作为系统开发语言，实现了基于USB接口的文件并行写入系统。

系统框架原理图如图2所示，它包括软件运行、功能选择、功能实现三个部分。

3.2　系统具体实现

3.2.1　文件选择

系统提供两种选择方式，即文件选择和目录选择。本文使用QFileDialog类来提供给用户选择文件和目录，然后通过QFilelnfo类来获取选择文件的基本信息，并且显示在FileList表当中。同时用递归法即深度优先搜索的方式，不断调用ge-tDirSize()函数进行目录文件大小的计算。

文件的移除方式很简单，在表格中确定要移除的文件名，然后用顺序遍历的方式从FileList表中移除。

3.2.2　功能选择

首先介绍U盘的识别方式。系统运行时，会自动检测操作系统中已有的磁盘，并进行U盘的识别，获取所识别的U盘盘符，进而获得其具体的信息，同时将其添加到U盘列表中。之后若有U盘插入和拔出，程序会自动捕获操作系统发出的消息，取得消息中的1Param变量，并进行相应的响应和操作。

U盘筛选功能的实现比较巧妙。筛选是将用户设定的数值和文件列表中U盘的剩余空间大小进行比较得出结果。格式化的实现则显得比较简单，在用户选择了要格式化的U盘之后，软件会获取U盘的盘符，然后调用标准的Win32API函数SHFormatDrive对指定U盘进行格式化操作。

3.2.3　文件写入

文件写入是系统的核心部分。当用户进行写入操作后，系统会自动给每一个要拷贝的U盘创建各自的线程，由新建的线程执行拷贝任务。使用了“多线程”的概念以后，使得系统不再被文件拷贝任务所束缚，可以很快地响应用户的具体操作，从而极大地提高了文件的拷贝速度。

各线程的执行流程如图3所示：先在内存中开辟5M的空间，每次从源文件拷贝相应大小的文件块到内存中，再将其写入到指定的U盘，并且用变量对写入文件大小进行计算，实时地发送更新进度条的信号，如此反复操作直至拷贝完成。

各线程的文件拷贝算法直接影响着拷贝的速度，这种影响在对单个文件进行拷贝的时候表现不明显，但对整个文件夹进行拷贝时，这种影响就不可忽略了。本文使用了递归法即深度优先搜索的策略，这种搜索算法不会遗漏任何的文件节点，不会出现重复的搜索路径，并且保持了较高的搜索效率，在拷贝时对整个文件夹进行遍历，从而实现了整个文件夹的拷贝。

4.　结束语

本文讨论了高端USB拷贝机和低端BIN文件写入程序的不足，并提出了一种文件并行写入的解决方案，可以很好地解决文件拷贝问题。用C++编写的软件封装了动态链接库，跨平台兼容性好，移植性更加优良，同时具有高速的文件传输速度，实时性良好，能够提供给客户自由和完善的使用空间，完成了基于USB接口的资料共享和交换的目的。

参考文献：

[1]Xteam(China)Software Technology limited company.Qt programming.Beijing：QTsinghua Universily Press，2002.

[2]Blanchette.J，Summerfield.M.C++GUI Programming with Qt 4(2nd).London：prentice hall，2008.

[3]The Writing Group of Posts and Telecom press.Windows API Function reference manual.Beijing：Posts and Telecom pre-ss.2002.