1 概述

  在现代的各种实时监控系统和通信系统中,在Windows 9X/NT下利用VC++对RS-232串口编程是常用的手段。Windows 9X/NT是抢先式的多任务操作系统,程序对CPU的占用时间由系统决定。多任务指的是系统可以同时运行多个进程,每个进程又可以同时执行多个线程。进程是应用程序的运行实例,拥有自己的地址空间。每个进程拥有一个主线程, 同时还可以建立其他的线程。线程是操作系统分配CPU时间的基本实体,每个线程占用的CPU时间由系统分配,系统不停的在线程之间切换。进程中的线程共享进程的虚拟地址空间,可以访问进程的资源,处于并行执行状态,这就是多线程的基本概念。

  2 VC++对多线程的支持

  使用MFC开发是较普遍的VC++编程方法。在VC++6.0下,MFC应用程序的线程由CWinThread对象表示。VC++把线程分为两种:用户界面线程和工作者线程。用户界面线程能够提供界面和用户交互,通常用于处理用户输入并相应各种事件和消息;而工作者线程主要用来处理程序的后台任务。

  程序一般不需要直接创建CWinThread对象,通过调用AfxBeginThread()函数就会自动创建一个CWinThread对象,从而开始一个进程。创建上述的两种线程都利用这个函数。

  线程的终止取决于下列事件之一:线程函数返回;线程调用ExitThread()退出;异常情况下用线程的句柄调用TerminateThread()退出;线程所属的进程被终止。

  3 多线程在串口通信中的应用

  3.1 串口通信对线程同步的要求

  因为同一进程的所有线程共享进程的虚拟地址空间,而在Windows 9X/NT系统下线程是汇编级中断,所以有可能多个线程同时访问同一个对象。这些对象可能是全局变量,MFC的对象,MFC的API等。串口通信的几个特点决定了必须采用措施来同步线程的执行。

  串口通信中,对于每个串口对象,只有一个缓冲区,发送和接收都要用到,必须建立起同步机制,使得在一个时候只能进行一种操作,否则通信就会出错。

  进行串口通信处理的不同线程之间需要协调运行。如果一个线程必须等待另一个线程结束才能运行,则应该挂起该线程以减少对CPU资源的占用,通过另一进程完成后发出的信号(线程间通信)来激活。

  VC++提供了同步对象来协调多线程的并行,常用的有以下几种:

   CSemaphore:信号灯对象,允许一定数目的线程访问某个共享资源,常用来控制访问共享资源的线程数量。

   Cmutex:互斥量对象,一个时刻至多只允许一个线程访问某资源,未被占用时处于有信号状态,可以实现对共享资源的互斥访问。

   CEvent:事件对象,用于使一个线程通知其他线程某一事件的发生,所以也可以用来封锁对某一资源的访问,直到线程释放资源使其成为有信号状态。适用于某一线程等待某事件发生才能执行的场合。

   CCriticalSection:临界区对象,将一段代码置入临界区,只允许最多一个线程进入执行这段代码。一个临界区仅在创建它的进程中有效。

  3.2 等待函数

  Win32 API提供了能使线程阻塞其自身执行的等待函数,等待其监视的对象产生一定的信号才停止阻塞,继续线程的执行。其意义是通过暂时挂起线程减少对CPU资源的占用。在某些大型监控系统中,串口通信只是其中事务处理的一部分,所以必须考虑程序执行效率问题,当串口初始化完毕后,就使其处于等待通信事件的状态,减少消耗的CPU时间,提高程序运行效率。

  常用的等待函数是WaitForSingleObject()和WaitForMultipleObjects(),前者可监测单个同步对象,后者可同时监测多个同步对象。

  3.3 串口通信的重叠I/O方式

  MFC对于串口作为文件设备处理,用CreateFile()打开串口,获得一个串口句柄。打开后SetCommState()进行端口配置,包括缓冲区设置,超时设置和数据格式等。成功后就可以调用函数ReadFile()和WriteFile()进行数据的读写,用WaitCommEvent()监视通信事件。CloseHandle()用于关闭串口。

  在ReadFile()和WriteFile()读写串口时,可以采取同步执行方式,也可以采取重叠I/O方式。同步执行时,函数直到执行完毕才返回,因而同步执行的其他线程会被阻塞,效率下降;而在重叠方式下,调用的读写函数会立即返回,I/O操作在后台进行,这样线程就可以处理其他事务。这样,线程可以在同一串口句柄上实现读写操作,实现"重叠"。

  使用重叠I/O方式时,线程要创建OVERLAPPED结构供读写函数使用,该结构最重要的成员是hEvent事件句柄。它将作为线程的同步对象使用,读写函数完成时hEvent处于有信号状态,表示可进行读写操作;读写函数未完成时,hEvent被置为无信号。

 4 程序关键代码的实现

  程序专门建立了一个串口通信类,下面给出关键成员函数的核心代码。

UINT CommThread(LPVOID pParam) file://用于监控串口的工作者线程
 {
 BOOL bResult = FALSE;
 if (m_hComm) file://查看端口是否打开,这里m_hComm同上,作者在这里做了简化
  PurgeComm(m_hComm, PURGE_RXCLEAR | PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXABORT |    PURGE_TXABORT);
  for (;;) file://只要线程运行,就处于监视端口行为的无限循环
  {
   bResult = WaitCommEvent(m_hComm, &Event, &m_ov); 
   file://m_ov是OVERLAPPED类型的成员变量
   if (!bResult)
    { file://进行出错处理}
   else
   {
    Event = WaitForMultipleObjects(4, m_hEvent, FALSE, INFINITE);
    file://无限等待设定的事件发生,数组m_hEvent根据需要定义了须响应的接收,发送,关闭端口事件和OVERLAPPED类型的hEvent事件
    switch (Event)
    { file://读写事件的响应处理过程,在此略}
    }
    return 0;
 } 

在VC++中有两种方法可以进行串口通讯。一种是利用Microsoft公司提供的ActiveX控件 Microsoft Communications Control。另一种是直接用VC++访问串口。下面将简述这两种方法。

  一、Microsoft Communications Control

  Microsoft公司在WINDOWS中提供了一个串口通讯控件,用它,我们可以很简单的利用串口进行通讯。在使用它之前,应将控件加在应用程序的对话框上。然后再用ClassWizard 生成相应的对象。现在我们可以使用它了。

  该控件有很多自己的属性,你可以通过它的属性窗口来设置,也可以用程序设置。我推荐用程序设置,这样更灵活。

   SetCommPort:指定使用的串口。

   GetCommPort:得到当前使用的串口。

   SetSettings:指定串口的参数。一般设为默认参数"9600,N,8,1"。这样方便与其他串口进行通讯。

   GetSettings:取得串口参数。

   SetPortOpen:打开或关闭串口,当一个程序打开串口时,另外的程序将无法使用该串口。

   GetPortOpen:取得串口状态。

   GetInBufferCount:输入缓冲区中接受到的字符数。

   SetInPutLen:一次读取输入缓冲区的字符数。设置为0时,程序将读取缓冲区的全部字符。

   GetInPut:读取输入缓冲区。

   GetOutBufferCount:输出缓冲区中待发送的字符数。

   SetOutPut:写入输出缓冲区。

  一般而言,使用上述函数和属性就可以进行串口通讯了。以下是一个范例。

 #define MESSAGELENGTH 100

 class CMyDialog : public CDialog
 {
 protected: 
 VARIANT InBuffer;
 VARIANT OutBuffer;
 CMSComm m_Com;
 public:
 ......
 }

 BOOL CMyDiaLog::OnInitDialog()
 {
 CDialog::OnInitDialog();
 m_Com.SetCommPort(1);
 if (!m_Com.GetPortOpen()) {
 m_Com.SetSettings("57600,N,8,1");
 m_Com.SetPortOpen(true);
 m_Com.SetInBufferCount(0);
 SetTimer(1,10,NULL);
 InBuffer.bstrVal=new unsigned short[MESSAGELENGTH];
 OutBuffer.bstrVal=new unsigned short[MESSAGELENGTH];
 OutBuffer.vt=VT_BSTR;
 }
 return true;
 }

 void CMyDiaLog::OnTimer(UINT nIDEvent) 
 {
 if (m_Com.GetInBufferCount()>=MESSAGELENGTH) {
 InBuffer=m_Com.GetInput();
 // handle the InBuffer. 
 // Fill the OutBuffer. 
 m_Com.SetOutput(OutBuffer);
 }
 CDialog::OnTimer(nIDEvent);
 }



  用该控件传输的数据是UNICODE格式。关于UNICODE和ANSI的关系和转换请参看MSDN。 

  关于该控件的其他详细资料请查看MSDN关于COMM CONTROL部分。

  二、直接用VC++访问串口。

  在VC++中,串口和磁盘文件可以统一的方式来简单读写。这两者几乎没有什么不同,只是在WINDOWS 9X下磁盘文件只能做同步访问,而串口只能做异步访问。

  CreateFile:用指定的方式打开指定的串口。通常的方式为

  m_hCom = CreateFile( "COM1", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL | FILE_FLAG_OVERLAPPED, NULL );

  m_hCom为文件句柄。GENERIC_READ | GENERIC_WRITE指定可以对串口进行读写操作。第三个参数0表示串口为独占打开。OPEN_EXISTING表示当指定串口不存在时,程序将返回失败。 FILE_ATTRIBUTE_NORMAL | FILE_FLAG_OVERLAPPED则表示文件属性。当打开串口时,必须指定 FILE_FLAG_OVERLAPPED,它表示文件或设备不会维护访问指针,则在读写时,必须使用OVERLAPPED 结构指定访问的文件偏移量。

   ReadFile:读取串口数据。

   WriteFile:向串口写数据。

   CloseHandle:关闭串口。

  COMMTIMEOUTS:COMMTIMEOUTS主要用于串口超时参数设置。COMMTIMEOUTS结构如下:

 typedef struct _COMMTIMEOUTS { 
 DWORD ReadIntervalTimeout; 
 DWORD ReadTotalTimeoutMultiplier; 
 DWORD ReadTotalTimeoutConstant; 
 DWORD WriteTotalTimeoutMultiplier; 
 DWORD WriteTotalTimeoutConstant; 
 } COMMTIMEOUTS,*LPCOMMTIMEOUTS; 


  ReadIntervalTimeout:两字符之间最大的延时,当读取串口数据时,一旦两个字符传输的时间差超过该时间,读取函数将返回现有的数据。设置为0表示该参数不起作用。 

  ReadTotalTimeoutMultiplier:读取每字符间的超时。

  ReadTotalTimeoutConstant:一次读取串口数据的固定超时。所以在一次读取串口的操作中,其超时为ReadTotalTimeoutMultiplier乘以读取的字节数再加上 ReadTotalTimeoutConstant。将ReadIntervalTimeout设置为MAXDWORD,并将ReadTotalTimeoutMultiplier 和ReadTotalTimeoutConstant设置为0,表示读取操作将立即返回存放在输入缓冲区的字符。

  WriteTotalTimeoutMultiplier:写入每字符间的超时。

  WriteTotalTimeoutConstant:一次写入串口数据的固定超时。所以在一次写入串口的操作中,其超时为WriteTotalTimeoutMultiplier乘以写入的字节数再加上 WriteTotalTimeoutConstant。

  SetCommTimeouts函数可以设置某设备句柄的超时参数,要得到某设备句柄的超时参数可以用GetCommTimeouts函数。

  DCB:DCB结构主要用于串口参数设置。该结构太庞大,这里就不一一讲述了,有兴趣者可查看MSDN关于DCB的描述。其中下面两个是比较重要的属性。

  BaudRate:串口的通讯速度。一般设置为9600。

  ByteSize:字节位数。一般设置为8。

  DCB结构可以用SetCommState函数来设置,并可以用GetCommState来得到现有串口的属性。

  SetupComm:设置串口输入、输出缓冲区。

  OVERLAPPED:保存串口异步通讯的信息。具体结构如下:

 typedef struct _OVERLAPPED { 
 DWORD Internal; 
 DWORD InternalHigh; 
 DWORD Offset; 
 DWORD OffsetHigh; 
 HANDLE hEvent; 
 } OVERLAPPED; 


  Internal,InternalHigh是保留给系统使用的,用户不需要设置。

  Offset,OffsetHigh是读写串口的偏移量,一般设置OffsetHigh为NULL,可以支持2GB数据。

  hEvent读写事件,因为串口是异步通讯,操作可能被其他进程堵塞,程序可以通过检查该时间来得知是否读写完毕。事件将在读写完成后,自动设置为有效。

  通过以上这些函数和结构,我们就可以通过串口进行通讯了,现在我们具体看下面的实例:

 BOOL CSerial::Open( int nPort, int nBaud )
 {
 if( m_bOpened ) return( TRUE );

 char szPort[15];
 DCB dcb;

 wsprintf( szPort, "COM%d", nPort );
 m_hComDev = CreateFile( szPort, GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL | FILE_FLAG_OVERLAPPED, NULL );
 if( m_hComDev == NULL ) return( FALSE );

 memset( &m_OverlappedRead, 0, sizeof( OVERLAPPED ) );
 memset( &m_OverlappedWrite, 0, sizeof( OVERLAPPED ) );

 COMMTIMEOUTS CommTimeOuts;
 CommTimeOuts.ReadIntervalTimeout = 0xFFFFFFFF;
 CommTimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier = 0;
 CommTimeOuts.ReadTotalTimeoutConstant = 0;
 CommTimeOuts.WriteTotalTimeoutMultiplier = 0;
 CommTimeOuts.WriteTotalTimeoutConstant = 5000;
 SetCommTimeouts( m_hComDev, &CommTimeOuts );

 m_OverlappedRead.hEvent = CreateEvent( NULL, TRUE, FALSE, NULL );
 m_OverlappedWrite.hEvent = CreateEvent( NULL, TRUE, FALSE, NULL );

 dcb.DCBlength = sizeof( DCB );
 GetCommState( m_hComDev, &dcb );
 dcb.BaudRate = nBaud;
 dcb.ByteSize = 8;
 if( !SetCommState( m_hComDev, &dcb ) ||
 !SetupComm( m_hComDev, 10000, 10000 ) ||
 m_OverlappedRead.hEvent == NULL ||
 m_OverlappedWrite.hEvent == NULL ){
 DWORD dwError = GetLastError();
 if( m_OverlappedRead.hEvent != NULL ) CloseHandle( m_OverlappedRead.hEvent );
 if( m_OverlappedWrite.hEvent != NULL ) CloseHandle( m_OverlappedWrite.hEvent );
 CloseHandle( m_hComDev );
 return FALSE;
 }

 m_bOpened = TRUE;

 return m_bOpened;

 }

 int CSerial::InBufferCount( void )
 {

 if( !m_bOpened || m_hComDev == NULL ) return( 0 );

 DWORD dwErrorFlags;
 COMSTAT ComStat;

 ClearCommError( m_hIDComDev, &dwErrorFlags, &ComStat );

 return (int)ComStat.cbInQue;

 }

 DWORD CSerial::ReadData( void *buffer, DWORD dwBytesRead)
 {

 if( !m_bOpened || m_hComDev == NULL ) return 0;

 BOOL bReadStatus;
 DWORD dwErrorFlags;
 COMSTAT ComStat;

 ClearCommError( m_hComDev, &dwErrorFlags, &ComStat );
 if( !ComStat.cbInQue ) return 0;

 dwBytesRead = min(dwBytesRead,(DWORD) ComStat.cbInQue);

 bReadStatus = ReadFile( m_hComDev, buffer, dwBytesRead, &dwBytesRead, &m_OverlappedRead );
 if( !bReadStatus ){
 if( GetLastError() == ERROR_IO_PENDING ){
 WaitForSingleObject( m_OverlappedRead.hEvent, 2000 );
 return dwBytesRead;
 }
 return 0;
 }

 return dwBytesRead;

 }

 DWORD CSerial::SendData( const char *buffer, DWORD dwBytesWritten)
 {

 if( !m_bOpened || m_hComDev == NULL ) return( 0 );

 BOOL bWriteStat;

 bWriteStat = WriteFile( m_hComDev, buffer, dwBytesWritten, &dwBytesWritten, &m_OverlappedWrite );
 if( !bWriteStat){
 if ( GetLastError() == ERROR_IO_PENDING ) {
 WaitForSingleObject( m_OverlappedWrite.hEvent, 1000 );
 return dwBytesWritten;
 }
 return 0;
 }
 return dwBytesWritten;

 }



  上述函数基本实现串口的打开,读写操作。本文章略去该串口类的说明和关闭函数。读者应该能将这些内容写完。接下来,你就可以在你的程序中调用该串口类了。关于本文有任何疑问,请与作者联系。               在Windows应用程序的开发中,我们常常需要面临与外围数据源设备通信的问题。计算机和单片机(如MCS-51)都具有串行通信口,可以设计相应的串口通信程序,完成二者之间的数据通信任务。

  实际工作中利用串口完成通信任务的时候非常之多。已有一些文章介绍串口编程的文章在计算机杂志上发表。但总的感觉说来不太全面,特别是介绍32位下编程的更少,且很不详细。笔者在实际工作中积累了较多经验,结合硬件、软件,重点提及比较新的技术,及需要注意的要点作一番探讨。希望对各位需要编写串口通信程序的朋友有一些帮助。

一.串行通信的基本原理

串行端口的本质功能是作为CPU和串行设备间的编码转换器。当数据从 CPU经过串行端口发送出去时,字节数据转换为串行的位。在接收数据时,串行的位被转换为字节数据。

在Windows环境(Windows NT、Win98、Windows2000)下,串口是系统资源的一部分。

应用程序要使用串口进行通信,必须在使用之前向操作系统提出资源申请要求(打开串口),通信完成后必须释放资源(关闭串口)。

串口通信程序的流程如下图:

二.串口信号线的接法

一个完整的RS-232C接口有22根线,采用标准的25芯插头座(或者9芯插头座)。25芯和9芯的主要信号线相同。以下的介绍是以25芯的RS-232C为例。

①主要信号线定义:

     2脚:发送数据TXD; 3脚:接收数据RXD; 4脚:请求发送RTS; 5脚:清除发送CTS;

     6脚:数据设备就绪DSR;20脚:数据终端就绪DTR; 8脚:数据载波检测DCD;

 1脚:保护地;   7脚:信号地。

②电气特性:

数据传输速率最大可到20K bps,最大距离仅15m.

注:看了微软的MSDN 6.0,其Windows API中关于串行通讯设备(不一定都是串口RS-232C或RS-422或RS-449)速率的设置,最大可支持到RS_256000,即256K bps! 也不知道到底是什么串行通讯设备?但不管怎样,一般主机和单片机的串口通讯大多都在9600 bps,可以满足通讯需求。

③接口的典型应用:

大多数计算机应用系统与智能单元之间只需使用3到5根信号线即可工作。这时,除了TXD、RXD以外,还需使用RTS、CTS、DCD、DTR、DSR等信号线。(当然,在程序中也需要对相应的信号线进行设置。)

   以上接法,在设计程序时,直接进行数据的接收和发送就可以了,不需要   对信号线的状态进行判断或设置。(如果应用的场合需要使用握手信号等,需要对相应的信号线的状态进行监测或设置。)

三.16位串口应用程序的简单回顾

  16位串口应用程序中,使用的16位的Windows API通信函数:

① OpenComm() 打开串口资源,并指定输入、输出缓冲区的大小(以字节计);

   CloseComm() 关闭串口;

   例:int idComDev;

 idComDev = OpenComm("COM1", 1024, 128);

 CloseComm(idComDev);

② BuildCommDCB() 、setCommState()填写设备控制块DCB,然后对已打开的串口进行参数配置;

   例:DCB dcb;

 BuildCommDCB("COM1:2400,n,8,1", &dcb);

 SetCommState(&dcb);

③ ReadComm 、WriteComm()对串口进行读写操作,即数据的接收和发送.

   例:char *m_pRecieve; int count;

     ReadComm(idComDev,m_pRecieve,count);

     Char wr[30]; int count2;

     WriteComm(idComDev,wr,count2);

 16位下的串口通信程序最大的特点就在于:串口等外部设备的操作有自己特有的API函数;而32位程序则把串口操作(以及并口等)和文件操作统一起来了,使用类似的操作。

四.在MFC下的32位串口应用程序

 32位下串口通信程序可以用两种方法实现:利用ActiveX控件;使用API 通信函数。

使用ActiveX控件,程序实现非常简单,结构清晰,缺点是欠灵活;使用API 通信函数的优缺点则基本上相反。

以下介绍的都是在单文档(SDI)应用程序中加入串口通信能力的程序。

㈠ 使用ActiveX控件:
 VC++ 6.0提供的MSComm控件通过串行端口发送和接收数据,为应用程序提供串行通信功能。使用非常方便,但可惜的是,很少有介绍MSComm控件的资料。

  ⑴.在当前的Workspace中插入MSComm控件。

   Project菜单------>Add to Project---->Components and Controls----->Registered ActiveX Controls--->选择Components: Microsoft Communications Control, version 6.0 插入到当前的Workspace中。

结果添加了类CMSComm(及相应文件:mscomm.h和mscomm.cpp )。

  ⑵.在MainFrm.h中加入MSComm控件。

 protected:

   CMSComm m_ComPort;

在Mainfrm.cpp::OnCreare()中:

  DWORD style=WS_VISIBLE|WS_CHILD;

   if (!m_ComPort.Create(NULL,style,CRect(0,0,0,0),this,ID_COMMCTRL)){

 TRACE0("Failed to create OLE Communications Control ");

 return -1;   // fail to create

    }

  ⑶.初始化串口

 m_ComPort.SetCommPort(1);  //选择COM?

 m_ComPort. SetInBufferSize(1024); //设置输入缓冲区的大小,Bytes

 m_ComPort. SetOutBufferSize(512); //设置输入缓冲区的大小,Bytes// 

 if(!m_ComPort.GetPortOpen()) //打开串口

 m_ComPort.SetPortOpen(TRUE);

 m_ComPort.SetInputMode(1); //设置输入方式为二进制方式

 m_ComPort.SetSettings("9600,n,8,1"); //设置波特率等参数

 m_ComPort.SetRThreshold(1); //为1表示有一个字符引发一个事件

     m_ComPort.SetInputLen(0);

⑷.捕捉串口事项。MSComm控件可以采用轮询或事件驱动的方法从端口获取数据。我们介绍比较使用的事件驱动方法:有事件(如接收到数据)时通知程序。在程序中需要捕获并处理这些通讯事件。

在MainFrm.h中:

 protected:

 afx_msg void OnCommMscomm();

 DECLARE_EVENTSINK_MAP()

在MainFrm.cpp中:

 BEGIN_EVENTSINK_MAP(CMainFrame,CFrameWnd )  

 ON_EVENT(CMainFrame,ID_COMMCTRL,1,OnCommMscomm,VTS_NONE)

           //映射ActiveX控件事件

 END_EVENTSINK_MAP()

⑸.串口读写. 完成读写的函数的确很简单,GetInput()和SetOutput()就可。两个函数的原型是:

 VARIANT GetInput();及 void SetOutput(const VARIANT& newValue);都要使用VARIANT类型(所有Idispatch::Invoke的参数和返回值在内部都是作为VARIANT对象处理的)。

无论是在PC机读取上传数据时还是在PC机发送下行命令时,我们都习惯于使用字符串的形式(也可以说是数组形式)。查阅VARIANT文档知道,可以用BSTR表示字符串,但遗憾的是所有的BSTR都是包含宽字符,即使我们没有定义_UNICODE_UNICODE也是这样! WinNT支持宽字符, 而Win95并不支持。为解决上述问题,我们在实际工作中使用CbyteArray,给出相应的部分程序如下:

    void CMainFrame::OnCommMscomm(){

     VARIANT vResponse;   int k;

 if(m_commCtrl.GetCommEvent()==2) {      

 k=m_commCtrl.GetInBufferCount(); //接收到的字符数目

 if(k>0) {

 vResponse=m_commCtrl.GetInput(); //read

 SaveData(k,(unsigned char*) vResponse.parray->pvData);

 } // 接收到字符,MSComm控件发送事件 }

   。。。。。 // 处理其他MSComm控件

 }

 void CMainFrame::OnCommSend() {

。。。。。。。。 // 准备需要发送的命令,放在TxData[]中

 CByteArray array;

 array.RemoveAll();

 array.SetSize(Count);

 for(i=0;i
 array.SetAt(i, TxData[i]);

   m_ComPort.SetOutput(COleVariant(array)); // 发送数据

 }

请大家认真关注第⑷、⑸中内容,在实际工作中是重点、难点所在。

㈡ 使用32位的API 通信函数:

可能很多朋友会觉得奇怪:用32位API函数编写串口通信程序,不就是把16位的API换成32位吗?16位的串口通信程序可是多年之前就有很多人研讨过了……

此文主要想介绍一下在API串口通信中如何结合非阻塞通信、多线程等手段,编写出高质量的通信程序。特别是在CPU处理任务比较繁重、与外围设备中有大量的通信数据时,更有实际意义。

⑴.在中MainFrm.cpp定义全局变量

 HANDLE    hCom; // 准备打开的串口的句柄

 HANDLE    hCommWatchThread ;//辅助线程的全局函数

⑵.打开串口,设置串口

 hCom =CreateFile( "COM2", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, // 允许读写

         0,          // 此项必须为0

         NULL,         // no security attrs

         OPEN_EXISTING,    //设置产生方式

         FILE_FLAG_OVERLAPPED, // 我们准备使用异步通信

         NULL );

请大家注意,我们使用了FILE_FLAG_OVERLAPPED结构。这正是使用API实现非阻塞通信的关键所在。

 ASSERT(hCom!=INVALID_HANDLE_VALUE); //检测打开串口操作是否成功

 SetCommMask(hCom, EV_RXCHAR|EV_TXEMPTY );//设置事件驱动的类型 

 SetupComm( hCom, 1024,512) ; //设置输入、输出缓冲区的大小

 PurgeComm( hCom, PURGE_TXABORT | PURGE_RXABORT | PURGE_TXCLEAR

           | PURGE_RXCLEAR ); //清干净输入、输出缓冲区

 COMMTIMEOUTS CommTimeOuts ; //定义超时结构,并填写该结构

   …………

 SetCommTimeouts( hCom, &CommTimeOuts ) ;//设置读写操作所允许的超时

 DCB    dcb ; // 定义数据控制块结构

 GetCommState(hCom, &dcb ) ; //读串口原来的参数设置

 dcb.BaudRate =9600; dcb.ByteSize =8; dcb.Parity = NOPARITY;

 dcb.StopBits = ONESTOPBIT ;dcb.fBinary = TRUE ;dcb.fParity = FALSE;

 SetCommState(hCom, &dcb ) ; //串口参数配置

上述的COMMTIMEOUTS结构和DCB都很重要,实际工作中需要仔细选择参数。

⑶启动一个辅助线程,用于串口事件的处理。

 Windows提供了两种线程,辅助线程和用户界面线程。区别在于:辅助线程没有窗口,所以它没有自己的消息循环。但是辅助线程很容易编程,通常也很有用。

在次,我们使用辅助线程。主要用它来监视串口状态,看有无数据到达、通信有无错误;而主线程则可专心进行数据处理、提供友好的用户界面等重要的工作。

 hCommWatchThread=

     CreateThread( (LPSECURITY_ATTRIBUTES) NULL, //安全属性

         0,//初始化线程栈的大小,缺省为与主线程大小相同

         (LPTHREAD_START_ROUTINE)CommWatchProc, //线程的全局函数

         GetSafeHwnd(), //此处传入了主框架的句柄

         0, &dwThreadID );

  ASSERT(hCommWatchThread!=NULL);

⑷为辅助线程写一个全局函数,主要完成数据接收的工作。请注意OVERLAPPED结构的使用,以及怎样实现了非阻塞通信。

 UINT CommWatchProc(HWND hSendWnd){

  DWORD dwEvtMask=0 ;

  SetCommMask( hCom, EV_RXCHAR|EV_TXEMPTY );//有哪些串口事件需要监视?

  WaitCommEvent( hCom, &dwEvtMask, os );// 等待串口通信事件的发生

  检测返回的dwEvtMask,知道发生了什么串口事件:

  if ((dwEvtMask & EV_RXCHAR) == EV_RXCHAR){ // 缓冲区中有数据到达

  COMSTAT ComStat ; DWORD dwLength;

  ClearCommError(hCom, &dwErrorFlags, &ComStat ) ;

  dwLength = ComStat.cbInQue ; //输入缓冲区有多少数据?

  if (dwLength > 0) {

 BOOL fReadStat ;  

  fReadStat = ReadFile( hCom, lpBuffer,dwLength, &dwBytesRead;

            &READ_OS( npTTYInfo ) ); //读数据

注:我们在CreareFile()时使用了FILE_FLAG_OVERLAPPED,现在ReadFile()也必须使用

  LPOVERLAPPED结构.否则,函数会不正确地报告读操作已完成了.

    使用LPOVERLAPPED结构, ReadFile()立即返回,不必等待读操作完成,实现非阻塞

    通信.此时, ReadFile()返回FALSE, GetLastError()返回ERROR_IO_PENDING.

 if (!fReadStat){

   if (GetLastError() == ERROR_IO_PENDING){

     while(!GetOverlappedResult(hCom,

       &READ_OS( npTTYInfo ), & dwBytesRead, TRUE )){

       dwError = GetLastError();

       if(dwError == ERROR_IO_INCOMPLETE) continue;

             //缓冲区数据没有读完,继续

       …… ……      

   ::PostMessage((HWND)hSendWnd,WM_NOTIFYPROCESS,0,0);//通知主线程,串口收到数据  }

  所谓的非阻塞通信,也即异步通信。是指在进行需要花费大量时间的数据读写操作(不仅仅是指串行通信操作)时,一旦调用ReadFile()、WriteFile(), 就能立即返回,而让实际的读写操作在后台运行;相反,如使用阻塞通信,则必须在读或写操作全部完成后才能返回。由于操作可能需要任意长的时间才能完成,于是问题就出现了。

非常阻塞操作还允许读、写操作能同时进行(即重叠操作?),在实际工作中非常有用。

要使用非阻塞通信,首先在CreateFile()时必须使用FILE_FLAG_OVERLAPPED;然后在 ReadFile()时lpOverlapped参数一定不能为NULL,接着检查函数调用的返回值,调用GetLastError(),看是否返回ERROR_IO_PENDING。如是,最后调用GetOverlappedResult()返回重叠操作(overlapped operation)的结果;WriteFile()的使用类似。

⑸.在主线程中发送下行命令。

 BOOL  fWriteStat ; char szBuffer[count];

       …………//准备好发送的数据,放在szBuffer[]中

 fWriteStat = WriteFile(hCom, szBuffer, dwBytesToWrite,

           &dwBytesWritten, &WRITE_OS( npTTYInfo ) ); //写数据

注:我们在CreareFile()时使用了FILE_FLAG_OVERLAPPED,现在WriteFile()也必须使用   LPOVERLAPPED结构.否则,函数会不正确地报告写操作已完成了.

   使用LPOVERLAPPED结构,WriteFile()立即返回,不必等待写操作完成,实现非阻塞 通信.此时, WriteFile()返回FALSE, GetLastError()返回ERROR_IO_PENDING.

 int err=GetLastError();

 if (!fWriteStat) {

   if(GetLastError() == ERROR_IO_PENDING){

    while(!GetOverlappedResult(hCom, &WRITE_OS( npTTYInfo ),

           &dwBytesWritten, TRUE )) {

      dwError = GetLastError();

      if(dwError == ERROR_IO_INCOMPLETE){

           // normal result if not finished

        dwBytesSent += dwBytesWritten; continue; }

    ......................



综上,我们使用了多线程技术,在辅助线程中监视串口,有数据到达时依靠事件驱动,读入数据并向主线程报告(发送数据在主线程中,相对说来,下行命令的数据总是少得多);并且,WaitCommEvent()、ReadFile()、WriteFile()都使用了非阻塞通信技术,依靠重叠(overlapped)读写操作,让串口读写操作在后台运行。

依托vc6.0丰富的功能,结合我们提及的技术,写出有强大控制能力的串口通信应用程序。就个人而言,我更偏爱API技术,因为控制手段要灵活的多,功能也要强大得多。