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基于Windows API的VC++串口通信詳解

2019-11-08 01:20:07
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供稿:網(wǎng)友
在Win32下,可以使用兩種編程方式實現(xiàn)串口通信,其一是使用ActiveX控件,這種方法程序簡單,但欠靈活。其二是調(diào)用Windows的API函數(shù),這種方法可以清楚地掌握串口通信的機(jī)制,并且自由靈活。本文我們只介紹API串口通信部分。 串口的操作可以有兩種操作方式:同步操作方式和重疊操作方式(又稱為異步操作方式)。同步操作時,API函數(shù)會阻塞直到操作完成以后才能返回(在多線程方式中,雖然不會阻塞主線程,但是仍然會阻塞監(jiān)聽線程);而重疊操作方式,API函數(shù)會立即返回,操作在后臺進(jìn)行,避免線程的阻塞。 無論那種操作方式,一般都通過四個步驟來完成: (1) 打開串口 (2) 配置串口 (3) 讀寫串口 (4) 關(guān)閉串口

1、打開串口

Win32系統(tǒng)把文件的概念進(jìn)行了擴(kuò)展。無論是文件、通信設(shè)備、命名管道、郵件槽、磁盤、還是控制臺,都是用API函數(shù)CreateFile來打開或創(chuàng)建的。

CreateFile函數(shù)的原型為:

HANDLE CreateFile( LPCTSTR lpFileName, DWord dwDesiredaccess, DWORD dwShareMode, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes, DWORD dwCreationDistribution, DWORD dwFlagsAndAttributes, HANDLE hTemplateFile);lpFileName:將要打開的串口邏輯名,如“COM1”; dwDesiredAccess:指定串口訪問的類型,可以是讀取、寫入或二者并列; dwShareMode:指定共享屬性,由于串口不能共享,該參數(shù)必須置為0; lpSecurityAttributes:引用安全性屬性結(jié)構(gòu),缺省值為NULL; dwCreationDistribution:創(chuàng)建標(biāo)志,對串口操作該參數(shù)必須置為OPEN_EXISTING; dwFlagsAndAttributes:屬性描述,用于指定該串口是否進(jìn)行異步操: = FILE_FLAG_OVERLAPPED,表示使用異步的I/O;= 0,表示同步I/O操作; hTemplateFile:對串口而言該參數(shù)必須置為NULL。

同步I/O方式打開串口的示例代碼:

HANDLE hCom; //全局變量,串口句柄 hCom=CreateFile("COM1",//COM1口 GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, //允許讀和寫 0, //獨占方式 NULL, OPEN_EXISTING, //打開而不是創(chuàng)建 0, //同步方式 NULL); if(hCom==(HANDLE)-1) { AfxMessageBox("打開COM失敗!"); return FALSE; } return TRUE;

重疊I/O(異步方式)打開串口的示例代碼:

HANDLE hCom; //全局變量,串口句柄 hCom =CreateFile("COM1", //COM1口 GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, //允許讀和寫 0, //獨占方式 NULL, OPEN_EXISTING, //打開而不是創(chuàng)建 FILE_ATTRIBUTE_NORMAL|FILE_FLAG_OVERLAPPED, //重疊方式 NULL); if(hCom ==INVALID_HANDLE_VALUE) { AfxMessageBox("打開COM失敗!"); return FALSE; } return TRUE;

2、配置串口

在打開通訊設(shè)備句柄后,常常需要對串口進(jìn)行一些初始化配置工作。這需要通過一個DCB結(jié)構(gòu)來進(jìn)行。DCB結(jié)構(gòu)包含了諸如波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、奇偶校驗和停止位數(shù)等信息。在查詢或配置串口的屬性時,都要用DCB結(jié)構(gòu)來作為緩沖區(qū)。 一般用CreateFile打開串口后,可以調(diào)用GetCommState函數(shù)來獲取串口的初始配置。要修改串口的配置,應(yīng)先修改DCB結(jié)構(gòu),再調(diào)用SetCommState函數(shù)設(shè)置串口。

(1)DCB結(jié)構(gòu)包含了串口的各項參數(shù)設(shè)置,下面僅介紹幾個該結(jié)構(gòu)常用的變量:

typedef struct _DCB { ……… //波特率,指定通信設(shè)備的傳輸速率。這個成員可以是實際波特率值或者下面的常量值之一: DWORD BaudRate; CBR_110,CBR_300, //CBR_600,CBR_1200,CBR_2400,CBR_4800,CBR_9600,CBR_19200, CBR_38400,CBR_56000, CBR_57600,CBR_115200, //CBR_128000,CBR_256000, CBR_14400 DWORD fParity; // 指定奇偶校驗使能。若此成員為1,允許奇偶校驗檢查 BYTE ByteSize; // 通信字節(jié)位數(shù),4—8 BYTE Parity; //指定奇偶校驗方法。此成員可以有下列值: EVENPARITY 偶校驗;NOPARITY 無校驗;MARKPARITY 標(biāo)記校驗; //ODDPARITY 奇校驗 BYTE StopBits; //指定停止位的位數(shù)。此成員可以有下列值: ONESTOPBIT 1位停止位;TWOSTOPBITS 2位停止位; //ONE5STOPBITS 1.5位停止位}

(2)GetCommState函數(shù)可以獲得COM口的設(shè)備控制塊,從而獲得相關(guān)參數(shù):

BOOL GetCommState( HANDLE hFile, //標(biāo)識通訊端口的句柄 LPDCB lpDCB //指向一個設(shè)備控制塊(DCB結(jié)構(gòu))的指針 );

(3)SetCommState函數(shù)設(shè)置COM口的設(shè)備控制塊:

BOOL SetCommState( HANDLE hFile, LPDCB lpDCB );

(4)SetupComm函數(shù)設(shè)置串行口的輸入和輸出緩沖區(qū)的大小:

除了在DCB中設(shè)置外,程序一般還需要設(shè)置I/O緩沖區(qū)的大小和超時。Windows用I/O緩沖區(qū)來暫存串口輸入和輸出的數(shù)據(jù)。如果通信的速率較高,則應(yīng)該設(shè)置較大的緩沖區(qū)。調(diào)用SetupComm函數(shù)可以設(shè)置串行口的輸入和輸出緩沖區(qū)的大小。 BOOL SetupComm( HANDLE hFile, // 通信設(shè)備的句柄 DWORD dwInQueue, // 輸入緩沖區(qū)的大小(字節(jié)數(shù)) DWORD dwOutQueue // 輸出緩沖區(qū)的大小(字節(jié)數(shù)) );

(5)GetCommTimeouts函數(shù)查詢超時:

在用ReadFile和WriteFile讀寫串行口時,需要考慮超時問題。超時的作用是在指定的時間內(nèi)沒有讀入或發(fā)送指定數(shù)量的字符,ReadFile或WriteFile的操作仍然會結(jié)束。 要查詢當(dāng)前的超時設(shè)置應(yīng)調(diào)用GetCommTimeouts函數(shù),該函數(shù)會填充一個COMMTIMEOUTS結(jié)。調(diào)用SetCommTimeouts可以用某一個COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)的內(nèi)容來設(shè)置超時。 讀寫串口的超時有兩種:間隔超時和總超時。間隔超時是指在接收時兩個字符之間的最大時延。總超時是指讀寫操作總共花費的最大時間。寫操作只支持總超時,而讀操作兩種超時均支持。用COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)可以規(guī)定讀寫操作的超時。 COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)的定義為:typedef struct _COMMTIMEOUTS { DWORD ReadIntervalTimeout; //讀間隔超時 DWORD ReadTotalTimeoutMultiplier; //讀時間系數(shù) DWORD ReadTotalTimeoutConstant; //讀時間常量 DWORD WriteTotalTimeoutMultiplier; // 寫時間系數(shù) DWORD WriteTotalTimeoutConstant; //寫時間常量 } COMMTIMEOUTS,*LPCOMMTIMEOUTS; COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)的成員都以毫秒為單位。 總超時的計算公式是:總超時=時間系數(shù)×要求讀/寫的字符數(shù)+時間常量。 例如,要讀入10個字符,那么讀操作的總超時的計算公式為:讀總超時=ReadTotalTimeoutMultiplier×10+ReadTotalTimeoutConstant。 可以看出:間隔超時和總超時的設(shè)置是不相關(guān)的,這可以方便通信程序靈活地設(shè)置各種超時。 如果所有寫超時參數(shù)均為0,那么就不使用寫超時。如果ReadIntervalTimeout為0,那么就不使用讀間隔超時。如果ReadTotalTimeoutMultiplier和 ReadTotalTimeoutConstant 都為0,則不使用讀總超時。如果讀間隔超時被設(shè)置成MAXDWORD并且讀時間系數(shù)和讀時間常量都為0,那么在讀一次輸入緩沖區(qū)的內(nèi)容后讀操作就立即返回,而不管是否讀入了要求的字符。間,而不是ReadFile和WriteFile的返回時間。

(6)PurgeComm()函數(shù)清空緩沖區(qū):

在讀寫串口之前,還要用PurgeComm()函數(shù)清空緩沖區(qū),該函數(shù)原型: BOOL PurgeComm( HANDLE hFile, //串口句柄 DWORD dwFlags // 需要完成的操作 ); 參數(shù)dwFlags指定要完成的操作,可以是下列值的組合: PURGE_TXABORT 中斷所有寫操作并立即返回,即使寫操作還沒有完成; PURGE_TXCLEAR 清除輸出緩沖區(qū); PURGE_RXCLEAR 清除輸入緩沖區(qū);

配置串口的示例代碼:

SetupComm(hCom,1024,1024); //輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)的大小都是1024COMMTIMEOUTS TimeOuts; //設(shè)定讀超時 TimeOuts.ReadIntervalTimeout=1000; TimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier=500; TimeOuts.ReadTotalTimeoutConstant=5000; //設(shè)定寫超時 TimeOuts.WriteTotalTimeoutMultiplier=500; TimeOuts.WriteTotalTimeoutConstant=2000; SetCommTimeouts(hCom,&TimeOuts); //設(shè)置超時 DCB dcb; GetCommState(hCom,&dcb); dcb.BaudRate=9600; //波特率為9600 dcb.ByteSize=8; //每個字節(jié)有8位 dcb.Parity=NOPARITY; //無奇偶校驗位 dcb.StopBits=TWOSTOPBITS; //兩個停止位 SetCommState(hCom,&dcb); PurgeComm(hCom,PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXCLEAR);

3、讀寫串口

(1)ReadFile函數(shù)讀串口:

BOOL ReadFile( HANDLE hFile, //串口的句柄 LPVOID lpBuffer,// 讀入的數(shù)據(jù)存儲的地址:即讀入的數(shù)據(jù)將存儲在以該指針的值為首地址的一片內(nèi)存區(qū) DWORD nNumberOfBytesToRead, // 要讀入的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù) LPDWORD lpNumberOfBytesRead,// 指向一個DWORD數(shù)值,該數(shù)值返回讀操作實際讀入的字節(jié)數(shù) LPOVERLAPPED lpOverlapped// 重疊操作時,該參數(shù)指向一個OVERLAPPED結(jié)構(gòu),同步操作時,該參數(shù)為NULL );

(2)WriteFiel函數(shù)寫串口:

BOOL WriteFile( HANDLE hFile, //串口的句柄 LPCVOID lpBuffer, // 寫入的數(shù)據(jù)存儲的地址:即以該指針的值為首地址的nNumberOfBytesToWrite個字節(jié)的數(shù)據(jù)將要寫入 //串口的發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。 DWORD nNumberOfBytesToWrite, //要寫入的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù) LPDWORD lpNumberOfBytesWritten,// 指向指向一個DWORD數(shù)值,該數(shù)值返回實際寫入的字節(jié)數(shù) LPOVERLAPPED lpOverlapped// 重疊操作時,該參數(shù)指向一個OVERLAPPED結(jié)構(gòu);同步操作時,該參數(shù)為NULL。 ); 在用ReadFile和WriteFile讀寫串口時,既可以同步執(zhí)行,也可以重疊執(zhí)行。在同步執(zhí)行時,函數(shù)直到操作完成后才返回。這意味著同步執(zhí)行時線程會被阻塞,從而導(dǎo)致效率下降。在重疊執(zhí)行時,即使操作還未完成,這兩個函數(shù)也會立即返回,費時的I/O操作在后臺進(jìn)行。 ReadFile和WriteFile函數(shù)是同步還是異步由CreateFile函數(shù)決定,如果在調(diào)用CreateFile創(chuàng)建句柄時指定了FILE_FLAG_OVERLAPPED標(biāo)志,那么調(diào)用ReadFile和WriteFile對該句柄進(jìn)行的操作就應(yīng)該是重疊的;如果未指定重疊標(biāo)志,則讀寫操作應(yīng)該是同步的。ReadFile和WriteFile函數(shù)的同步或者異步應(yīng)該和CreateFile函數(shù)相一致。 ReadFile函數(shù)只要在串口輸入緩沖區(qū)中讀入指定數(shù)量的字符,就算完成操作。而WriteFile函數(shù)不但要把指定數(shù)量的字符拷入到輸出緩沖區(qū),而且要等這些字符從串行口送出去后才算完成操作。 如果操作成功,這兩個函數(shù)都返回TRUE。需要注意的是,當(dāng)ReadFile和WriteFile返回FALSE時,不一定就是操作失敗,線程應(yīng)該調(diào)用GetLastError函數(shù)分析返回的結(jié)果。例如,在重疊操作時如果操作還未完成函數(shù)就返回,那么函數(shù)就返回FALSE,而且GetLastError函數(shù)返回ERROR_IO_PENDING。這說明重疊操作還未完成。

同步方式讀寫串口的代碼示例:

//同步讀串口

char str[100]; DWORD wCount;//讀取的字節(jié)數(shù) BOOL bReadStat; bReadStat=ReadFile(hCom,str,100,&wCount,NULL); if(!bReadStat) { AfxMessageBox("讀串口失敗!"); return FALSE; } return TRUE;

//同步寫串口

char lpOutBuffer[100]; DWORD dwBytesWrite=100; COMSTAT ComStat; DWORD dwErrorFlags; BOOL bWriteStat; ClearCommError(hCom,&dwErrorFlags,&ComStat); bWriteStat=WriteFile(hCom,lpOutBuffer,dwBytesWrite,& dwBytesWrite,NULL); if(!bWriteStat) { AfxMessageBox("寫串口失敗!"); } PurgeComm(hCom, PURGE_TXABORT| PURGE_RXABORT|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);

(3)等待讀寫操作完成函數(shù)WaitForSingleObject和GetOverlappedResult:

在重疊操作時,操作還未完成函數(shù)就返回。 重疊I/O非常靈活,它也可以實現(xiàn)阻塞(例如我們可以設(shè)置一定要讀取到一個數(shù)據(jù)才能進(jìn)行到下一步操作)。有兩種方法可以等待操作完成:一種方法是用象WaitForSingleObject這樣的等待函數(shù)來等待OVERLAPPED結(jié)構(gòu)的hEvent成員;另一種方法是調(diào)用GetOverlappedResult函數(shù)等待,后面將演示說明。 下面我們先簡單說一下OVERLAPPED結(jié)構(gòu)和GetOverlappedResult函數(shù):

OVERLAPPED結(jié)構(gòu):包含了重疊I/O的一些信息,定義如下:

typedef struct _OVERLAPPED { DWORD Internal; DWORD InternalHigh; DWORD Offset; DWORD OffsetHigh; HANDLE hEvent; } OVERLAPPED; 在使用ReadFile和WriteFile重疊操作時,線程需要創(chuàng)建OVERLAPPED結(jié)構(gòu)以供這兩個函數(shù)使用。線程通過OVERLAPPED結(jié)構(gòu)獲得當(dāng)前的操作狀態(tài),該結(jié)構(gòu)最重要的成員是hEvent。hEvent是讀寫事件。當(dāng)串口使用異步通訊時,函數(shù)返回時操作可能還沒有完成,程序可以通過檢查該事件得知是否讀寫完畢。 當(dāng)調(diào)用ReadFile, WriteFile 函數(shù)的時候,該成員會自動被置為無信號狀態(tài);當(dāng)重疊操作完成后,該成員變量會自動被置為有信號狀態(tài)。

GetOverlappedResult函數(shù):

BOOL GetOverlappedResult( HANDLE hFile, //串口的句柄 LPOVERLAPPED lpOverlapped,//指向重疊操作開始時指定的OVERLAPPED結(jié)構(gòu) LPDWORD lpNumberOfBytesTransferred,//指向一個32位變量,該變量的值返回實際讀寫操作傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。 BOOL bWait// 該參數(shù)用于指定函數(shù)是否一直等到重疊操作結(jié)束:如果該參數(shù)為TRUE,函數(shù)直到操作結(jié)束才返回; //如果該參數(shù)為FALSE,函數(shù)直接返回,這時如果操作沒有完成,通過調(diào)用GetLastError()函數(shù)會 //返回ERROR_IO_INCOMPLETE。 ); 該函數(shù)返回重疊操作的結(jié)果,用來判斷異步操作是否完成,它是通過判斷OVERLAPPED結(jié)構(gòu)中的hEvent是否被置位來實現(xiàn)的。

異步方式讀寫串口的代碼示例:

//異步讀串口:用WaitForSingleObject函數(shù)來等待OVERLAPPED結(jié)構(gòu)的hEvent成員

char lpInBuffer[1024]; DWORD dwBytesRead=1024; COMSTAT ComStat; DWORD dwErrorFlags; OVERLAPPED m_osRead; memset(&m_osRead,0,sizeof(OVERLAPPED)); m_osRead.hEvent=CreateEvent(NULL,TRUE,FALSE,NULL); ClearCommError(hCom,&dwErrorFlags,&ComStat); dwBytesRead=min(dwBytesRead,(DWORD)ComStat.cbInQue); if(!dwBytesRead) { return FALSE; }BOOL bReadStatus; bReadStatus=ReadFile(hCom,lpInBuffer, dwBytesRead,&dwBytesRead,&m_osRead); if(!bReadStatus) { //如果ReadFile函數(shù)返回FALSE if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING) { //GetLastError()函數(shù)返回ERROR_IO_PENDING,表明串口正在進(jìn)行讀操作 WaitForSingleObject(m_osRead.hEvent,2000); //使用WaitForSingleObject函數(shù)等待,直到讀操作完成或延時已達(dá)到2秒鐘, //當(dāng)串口讀操作進(jìn)行完畢后,m_osRead的hEvent事件會變?yōu)橛行盘? PurgeComm(hCom,PURGE_TXABORT|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR); return dwBytesRead; } return 0; } PurgeComm(hCom, PURGE_TXABORT| PURGE_RXABORT|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR); return dwBytesRead; 對以上代碼再作簡要說明:在使用ReadFile 函數(shù)進(jìn)行讀操作前,應(yīng)先使用ClearCommError函數(shù)清除錯誤。ClearCommError函數(shù)的原型如下: BOOL ClearCommError( HANDLE hFile, // 串口句柄 LPDWORD lpErrors, // 指向接收錯誤碼的變量 LPCOMSTAT lpStat // 指向通訊狀態(tài)緩沖區(qū) ); 該函數(shù)獲得通信錯誤并報告串口的當(dāng)前狀態(tài),同時,該函數(shù)清除串口的錯誤標(biāo)志以便繼續(xù)輸入、輸出操作。 參數(shù)lpStat指向一個COMSTAT結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)返回串口狀態(tài)信息。 COMSTAT結(jié)構(gòu) COMSTAT結(jié)構(gòu)包含串口的信息,結(jié)構(gòu)定義如下:typedef struct _COMSTAT { // cst DWORD fCtsHold : 1; // Tx waiting for CTS signal DWORD fDsrHold : 1; // Tx waiting for DSR signal DWORD fRlsdHold : 1; // Tx waiting for RLSD signal DWORD fXoffHold : 1; // Tx waiting, XOFF char rec''d DWORD fXoffSent : 1; // Tx waiting, XOFF char sent DWORD fEof : 1; // EOF character sent DWORD fTxim : 1; // character waiting for Tx DWORD fReserved : 25; // reserved DWORD cbInQue; // bytes in input buffer DWORD cbOutQue; // bytes in output buffer } COMSTAT, *LPCOMSTAT; 本文只用到了cbInQue成員變量,該成員變量的值代表輸入緩沖區(qū)的字節(jié)數(shù)。 最后用PurgeComm函數(shù)清空串口的輸入輸出緩沖區(qū)。 這段代碼用WaitForSingleObject函數(shù)來等待OVERLAPPED結(jié)構(gòu)的hEvent成員,下面我們再演示一段調(diào)用GetOverlappedResult函數(shù)等待的異步讀串口示例代碼:

//異步讀串口:用GetOverlappedResult函數(shù)來等待

char lpInBuffer[1024]; DWORD dwBytesRead=1024; BOOL bReadStatus; DWORD dwErrorFlags; COMSTAT ComStat; OVERLAPPED m_osRead; ClearCommError(hCom,&dwErrorFlags,&ComStat); if(!ComStat.cbInQue) return 0; dwBytesRead=min(dwBytesRead,(DWORD)ComStat.cbInQue); bReadStatus=ReadFile(hCom, lpInBuffer,dwBytesRead, &dwBytesRead,&m_osRead); if(!bReadStatus) { //如果ReadFile函數(shù)返回FALSE if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING) { GetOverlappedResult(hCom, &m_osRead,&dwBytesRead,TRUE); // GetOverlappedResult函數(shù)的最后一個參數(shù)設(shè)為TRUE,函數(shù)會一直 //等待,直到讀操作完成或由于錯誤而返回。 } } return dwBytesRead;

//異步寫串口:

char buffer[1024]; DWORD dwBytesWritten=1024; DWORD dwErrorFlags; COMSTAT ComStat; OVERLAPPED m_osWrite; BOOL bWriteStat; bWriteStat=WriteFile(hCom,buffer,dwBytesWritten, &dwBytesWritten,&m_OsWrite); if(!bWriteStat) { if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING) { WaitForSingleObject(m_osWrite.hEvent,1000); return dwBytesWritten; } return 0; } return dwBytesWritten;

4、關(guān)閉串口

利用API函數(shù)關(guān)閉串口非常簡單,只需使用CreateFile函數(shù)返回的句柄作為參數(shù)調(diào)用CloseHandle即可:BOOL CloseHandle( HANDLE hObject; //handle to object to close);
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