Win32串口编程.docx
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Win32串口编程
Win32串口编程
作者:
韩耀旭
在工业控制中,工控机(一般都基于Windows平台)经常需要与智能仪表通过串口进行通信。
串口通信方便易行,应用广泛。
一般情况下,工控机和各智能仪表通过RS485总线进行通信。
RS485的通信方式是半双工的,只能由作为主节点的工控PC机依次轮询网络上的各智能控制单元子节点。
每次通信都是由PC机通过串口向智能控制单元发布命令,智能控制单元在接收到正确的命令后作出应答。
在Win32下,可以使用两种编程方式实现串口通信,其一是使用ActiveX控件,这种方法程序简单,但欠灵活。
其二是调用Windows的API函数,这种方法可以清楚地掌握串口通信的机制,并且自由灵活。
本文我们只介绍API串口通信部分。
串口的操作可以有两种操作方式:
同步操作方式和重叠操作方式(又称为异步操作方式)。
同步操作时,API函数会阻塞直到操作完成以后才能返回(在多线程方式中,虽然不会阻塞主线程,但是仍然会阻塞监听线程);而重叠操作方式,API函数会立即返回,操作在后台进行,避免线程的阻塞。
无论那种操作方式,一般都通过四个步骤来完成:
(1)打开串口
(2)配置串口
(3)读写串口
(4)关闭串口
(1)打开串口
Win32系统把文件的概念进行了扩展。
无论是文件、通信设备、命名管道、邮件槽、磁盘、还是控制台,都是用API函数CreateFile来打开或创建的。
该函数的原型为:
HANDLECreateFile(LPCTSTRlpFileName,
DWORDdwDesiredAccess,
DWORDdwShareMode,
LPSECURITY_ATTRIBUTESlpSecurityAttributes,
DWORDdwCreationDistribution,
DWORDdwFlagsAndAttributes,
HANDLEhTemplateFile);
∙lpFileName:
将要打开的串口逻辑名,如“COM1”;
∙dwDesiredAccess:
指定串口访问的类型,可以是读取、写入或二者并列;
∙dwShareMode:
指定共享属性,由于串口不能共享,该参数必须置为0;
∙lpSecurityAttributes:
引用安全性属性结构,缺省值为NULL;
∙dwCreationDistribution:
创建标志,对串口操作该参数必须置为OPEN_EXISTING;
∙dwFlagsAndAttributes:
属性描述,用于指定该串口是否进行异步操作,该值为FILE_FLAG_OVERLAPPED,表示使用异步的I/O;该值为0,表示同步I/O操作;
∙hTemplateFile:
对串口而言该参数必须置为NULL;
同步I/O方式打开串口的示例代码:
HANDLEhCom;//全局变量,串口句柄
hCom=CreateFile("COM1",//COM1口
GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,//允许读和写
0,//独占方式
NULL,
OPEN_EXISTING,//打开而不是创建
0,//同步方式
NULL);
if(hCom==(HANDLE)-1)
{
AfxMessageBox("打开COM失败!
");
returnFALSE;
}
returnTRUE;
重叠I/O打开串口的示例代码:
HANDLEhCom;//全局变量,串口句柄
hCom=CreateFile("COM1",//COM1口
GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,//允许读和写
0,//独占方式
NULL,
OPEN_EXISTING,//打开而不是创建
FILE_ATTRIBUTE_NORMAL|FILE_FLAG_OVERLAPPED,//重叠方式
NULL);
if(hCom==INVALID_HANDLE_VALUE)
{
AfxMessageBox("打开COM失败!
");
returnFALSE;
}
returnTRUE;
(2)、配置串口
在打开通讯设备句柄后,常常需要对串口进行一些初始化配置工作。
这需要通过一个DCB结构来进行。
DCB结构包含了诸如波特率、数据位数、奇偶校验和停止位数等信息。
在查询或配置串口的属性时,都要用DCB结构来作为缓冲区。
一般用CreateFile打开串口后,可以调用GetCommState函数来获取串口的初始配置。
要修改串口的配置,应该先修改DCB结构,然后再调用SetCommState函数设置串口。
DCB结构包含了串口的各项参数设置,下面仅介绍几个该结构常用的变量:
typedefstruct_DCB{
………
//波特率,指定通信设备的传输速率。
这个成员可以是实际波特率值或者下面的常量值之一:
DWORDBaudRate;
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
DWORDfParity;//指定奇偶校验使能。
若此成员为1,允许奇偶校验检查
…
BYTEByteSize;//通信字节位数,4—8
BYTEParity;//指定奇偶校验方法。
此成员可以有下列值:
EVENPARITY偶校验NOPARITY无校验
MARKPARITY标记校验ODDPARITY奇校验
BYTEStopBits;//指定停止位的位数。
此成员可以有下列值:
ONESTOPBIT1位停止位TWOSTOPBITS2位停止位
ONE5STOPBITS1.5位停止位
………
}DCB;
winbase.h文件中定义了以上用到的常量。
如下:
#defineNOPARITY0
#defineODDPARITY1
#defineEVENPARITY2
#defineONESTOPBIT0
#defineONE5STOPBITS1
#defineTWOSTOPBITS2
#defineCBR_110110
#defineCBR_300300
#defineCBR_600600
#defineCBR_12001200
#defineCBR_24002400
#defineCBR_48004800
#defineCBR_96009600
#defineCBR_1440014400
#defineCBR_1920019200
#defineCBR_3840038400
#defineCBR_5600056000
#defineCBR_5760057600
#defineCBR_115200115200
#defineCBR_128000128000
#defineCBR_256000256000
GetCommState函数可以获得COM口的设备控制块,从而获得相关参数:
BOOLGetCommState(
HANDLEhFile,//标识通讯端口的句柄
LPDCBlpDCB//指向一个设备控制块(DCB结构)的指针
);
SetCommState函数设置COM口的设备控制块:
BOOLSetCommState(
HANDLEhFile,
LPDCBlpDCB
);
除了在BCD中的设置外,程序一般还需要设置I/O缓冲区的大小和超时。
Windows用I/O缓冲区来暂存串口输入和输出的数据。
如果通信的速率较高,则应该设置较大的缓冲区。
调用SetupComm函数可以设置串行口的输入和输出缓冲区的大小。
BOOLSetupComm(
HANDLEhFile,//通信设备的句柄
DWORDdwInQueue,//输入缓冲区的大小(字节数)
DWORDdwOutQueue//输出缓冲区的大小(字节数)
);
在用ReadFile和WriteFile读写串行口时,需要考虑超时问题。
超时的作用是在指定的时间内没有读入或发送指定数量的字符,ReadFile或WriteFile的操作仍然会结束。
要查询当前的超时设置应调用GetCommTimeouts函数,该函数会填充一个COMMTIMEOUTS结构。
调用SetCommTimeouts可以用某一个COMMTIMEOUTS结构的内容来设置超时。
读写串口的超时有两种:
间隔超时和总超时。
间隔超时是指在接收时两个字符之间的最大时延。
总超时是指读写操作总共花费的最大时间。
写操作只支持总超时,而读操作两种超时均支持。
用COMMTIMEOUTS结构可以规定读写操作的超时。
COMMTIMEOUTS结构的定义为:
typedefstruct_COMMTIMEOUTS{
DWORDReadIntervalTimeout;//读间隔超时
DWORDReadTotalTimeoutMultiplier;//读时间系数
DWORDReadTotalTimeoutConstant;//读时间常量
DWORDWriteTotalTimeoutMultiplier;//写时间系数
DWORDWriteTotalTimeoutConstant;//写时间常量
}COMMTIMEOUTS,*LPCOMMTIMEOUTS;
COMMTIMEOUTS结构的成员都以毫秒为单位。
总超时的计算公式是:
总超时=时间系数×要求读/写的字符数+时间常量
例如,要读入10个字符,那么读操作的总超时的计算公式为:
读总超时=ReadTotalTimeoutMultiplier×10+ReadTotalTimeoutConstant
可以看出:
间隔超时和总超时的设置是不相关的,这可以方便通信程序灵活地设置各种超时。
如果所有写超时参数均为0,那么就不使用写超时。
如果ReadIntervalTimeout为0,那么就不使用读间隔超时。
如果ReadTotalTimeoutMultiplier和ReadTotalTimeoutConstant都为0,则不使用读总超时。
如果读间隔超时被设置成MAXDWORD并且读时间系数和读时间常量都为0,那么在读一次输入缓冲区的内容后读操作就立即返回,而不管是否读入了要求的字符。
在用重叠方式读写串口时,虽然ReadFile和WriteFile在完成操作以前就可能返回,但超时仍然是起作用的。
在这种情况下,超时规定的是操作的完成时间,而不是ReadFile和WriteFile的返回时间。
配置串口的示例代码:
SetupComm(hCom,1024,1024);//输入缓冲区和输出缓冲区的大小都是1024
COMMTIMEOUTSTimeOuts;
//设定读超时
TimeOuts.ReadIntervalTimeout=1000;
TimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier=500;
TimeOuts.ReadTotalTimeoutConstant=5000;
//设定写超时
TimeOuts.WriteTotalTimeoutMultiplier=500;
TimeOuts.WriteTotalTimeoutConstant=2000;
SetCommTimeouts(hCom,&TimeOuts);//设置超时
DCBdcb;
GetCommState(hCom,&dcb);
dcb.BaudRate=9600;//波特率为9600
dcb.ByteSize=8;//每个字节有8位
dcb.Parity=NOPARITY;//无奇偶校验位
dcb.StopBits=TWOSTOPBITS;//两个停止位
SetCommState(hCom,&dcb);
PurgeComm(hCom,PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);
在读写串口之前,还要用PurgeComm()函数清空缓冲区,该函数原型:
BOOLPurgeComm(
HANDLEhFile,//串口句柄
DWORDdwFlags//需要完成的操作
);
参数dwFlags指定要完成的操作,可以是下列值的组合:
PURGE_TXABORT中断所有写操作并立即返回,即使写操作还没有完成。
PURGE_RXABORT中断所有读操作并立即返回,即使读操作还没有完成。
PURGE_TXCLEAR清除输出缓冲区
PURGE_RXCLEAR清除输入缓冲区
(3)、读写串口
我们使用ReadFile和WriteFile读写串口,下面是两个函数的声明:
BOOLReadFile(
HANDLEhFile,//串口的句柄
//读入的数据存储的地址,
//即读入的数据将存储在以该指针的值为首地址的一片内存区
LPVOIDlpBuffer,
DWORDnNumberOfBytesToRead,//要读入的数据的字节数
//指向一个DWORD数值,该数值返回读操作实际读入的字节数
LPDWORDlpNumberOfBytesRead,
//重叠操作时,该参数指向一个OVERLAPPED结构,同步操作时,该参数为NULL。
LPOVERLAPPEDlpOverlapped
);
BOOLWriteFile(
HANDLEhFile,//串口的句柄
//写入的数据存储的地址,
//即以该指针的值为首地址的nNumberOfBytesToWrite
//个字节的数据将要写入串口的发送数据缓冲区。
LPCVOIDlpBuffer,
DWORDnNumberOfBytesToWrite,//要写入的数据的字节数
//指向指向一个DWORD数值,该数值返回实际写入的字节数
LPDWORDlpNumberOfBytesWritten,
//重叠操作时,该参数指向一个OVERLAPPED结构,
//同步操作时,该参数为NULL。
LPOVERLAPPEDlpOverlapped
);
在用ReadFile和WriteFile读写串口时,既可以同步执行,也可以重叠执行。
在同步执行时,函数直到操作完成后才返回。
这意味着同步执行时线程会被阻塞,从而导致效率下降。
在重叠执行时,即使操作还未完成,这两个函数也会立即返回,费时的I/O操作在后台进行。
ReadFile和WriteFile函数是同步还是异步由CreateFile函数决定,如果在调用CreateFile创建句柄时指定了FILE_FLAG_OVERLAPPED标志,那么调用ReadFile和WriteFile对该句柄进行的操作就应该是重叠的;如果未指定重叠标志,则读写操作应该是同步的。
ReadFile和WriteFile函数的同步或者异步应该和CreateFile函数相一致。
ReadFile函数只要在串口输入缓冲区中读入指定数量的字符,就算完成操作。
而WriteFile函数不但要把指定数量的字符拷入到输出缓冲区,而且要等这些字符从串行口送出去后才算完成操作。
如果操作成功,这两个函数都返回TRUE。
需要注意的是,当ReadFile和WriteFile返回FALSE时,不一定就是操作失败,线程应该调用GetLastError函数分析返回的结果。
例如,在重叠操作时如果操作还未完成函数就返回,那么函数就返回FALSE,而且GetLastError函数返回ERROR_IO_PENDING。
这说明重叠操作还未完成。
同步方式读写串口比较简单,下面先例举同步方式读写串口的代码:
//同步读串口
charstr[100];
DWORDwCount;//读取的字节数
BOOLbReadStat;
bReadStat=ReadFile(hCom,str,100,&wCount,NULL);
if(!
bReadStat)
{
AfxMessageBox("读串口失败!
");
returnFALSE;
}
returnTRUE;
//同步写串口
charlpOutBuffer[100];
DWORDdwBytesWrite=100;
COMSTATComStat;
DWORDdwErrorFlags;
BOOLbWriteStat;
ClearCommError(hCom,&dwErrorFlags,&ComStat);
bWriteStat=WriteFile(hCom,lpOutBuffer,dwBytesWrite,&dwBytesWrite,NULL);
if(!
bWriteStat)
{
AfxMessageBox("写串口失败!
");
}
PurgeComm(hCom,PURGE_TXABORT|
PURGE_RXABORT|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);
在重叠操作时,操作还未完成函数就返回。
重叠I/O非常灵活,它也可以实现阻塞(例如我们可以设置一定要读取到一个数据才能进行到下一步操作)。
有两种方法可以等待操作完成:
一种方法是用象WaitForSingleObject这样的等待函数来等待OVERLAPPED结构的hEvent成员;另一种方法是调用GetOverlappedResult函数等待,后面将演示说明。
下面我们先简单说一下OVERLAPPED结构和GetOverlappedResult函数:
OVERLAPPED结构
OVERLAPPED结构包含了重叠I/O的一些信息,定义如下:
typedefstruct_OVERLAPPED{//o
DWORDInternal;
DWORDInternalHigh;
DWORDOffset;
DWORDOffsetHigh;
HANDLEhEvent;
}OVERLAPPED;
在使用ReadFile和WriteFile重叠操作时,线程需要创建OVERLAPPED结构以供这两个函数使用。
线程通过OVERLAPPED结构获得当前的操作状态,该结构最重要的成员是hEvent。
hEvent是读写事件。
当串口使用异步通讯时,函数返回时操作可能还没有完成,程序可以通过检查该事件得知是否读写完毕。
当调用ReadFile,WriteFile函数的时候,该成员会自动被置为无信号状态;当重叠操作完成后,该成员变量会自动被置为有信号状态。
GetOverlappedResult函数
BOOLGetOverlappedResult(
HANDLEhFile,//串口的句柄
//指向重叠操作开始时指定的OVERLAPPED结构
LPOVERLAPPEDlpOverlapped,
//指向一个32位变量,该变量的值返回实际读写操作传输的字节数。
LPDWORDlpNumberOfBytesTransferred,
//该参数用于指定函数是否一直等到重叠操作结束。
//如果该参数为TRUE,函数直到操作结束才返回。
//如果该参数为FALSE,函数直接返回,这时如果操作没有完成,
//通过调用GetLastError()函数会返回ERROR_IO_INCOMPLETE。
BOOLbWait
);
该函数返回重叠操作的结果,用来判断异步操作是否完成,它是通过判断OVERLAPPED结构中的hEvent是否被置位来实现的。
异步读串口的示例代码:
charlpInBuffer[1024];
DWORDdwBytesRead=1024;
COMSTATComStat;
DWORDdwErrorFlags;
OVERLAPPEDm_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)
returnFALSE;
BOOLbReadStatus;
bReadStatus=ReadFile(hCom,lpInBuffer,
dwBytesRead,&dwBytesRead,&m_osRead);
if(!
bReadStatus)//如果ReadFile函数返回FALSE
{
if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING)
//GetLastError()函数返回ERROR_IO_PENDING,表明串口正在进行读操作
{
WaitForSingleObject(m_osRead.hEvent,2000);
//使用WaitForSingleObject函数等待,直到读操作完成或延时已达到2秒钟
//当串口读操作进行完毕后,m_osRead的hEvent事件会变为有信号
PurgeComm(hCom,PURGE_TXABORT|
PURGE_RXABORT|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);
returndwBytesRead;
}
return0;
}
PurgeComm(hCom,PURGE_TXABORT|
PURGE_RXABORT|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);
returndwBytesRead;
对以上代码再作简要说明:
在使用ReadFile函数进行读操作前,应先使用ClearCommError函数清除错误。
ClearCommError函数的原型如下:
BOOLClearCommError(
HANDLEhFile,//串口句柄
LPDWORDlpErrors,//指向接收错误码的变量
LPCOMSTATlpStat//指向通讯状态缓冲区
);
该函数获得通信错误并报告串口的当前状态,同时,该函数清除串口的错误标志以便继续输入、输出操作。
参数lpStat指向一个COMSTAT结构,该结构返回串口状态信息。
COMSTAT结构COMSTAT结构包含串口的信息,结构定义如下:
typedefstruct_COMSTAT{//cst
DWORDfCtsHold:
1;//TxwaitingforCTSsig