串口编程.docx
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串口编程
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Win32串口编程
作者：
韩耀旭
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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
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