Win32串口编程.docx

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Win32串口编程

Win32串口编程

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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_14400DWORDfParity;//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—8BYTEParity;//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1024COMMTIMEOUTSTimeOuts;//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9600dcb.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{//oDWORDInternal;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{//cstDWORDfCtsHold:

1;//TxwaitingforCTSsignalDWORDfDsrHold:

1;//TxwaitingforDSRsignalDWORDfRlsdHold:

1;//TxwaitingforRLSDsignalDWORDfXoffHold:

1;//Txwaiting,XOFFcharrec''dDWORDfXoffSent:

1;//Txwaiting,XOFFcharsentDWORDfEof:

1;//EOFcharactersentDWORDfTxim:

1;//characterwaitingforTxDWORDfReserved:

25;//reservedDWORDcbInQue;//bytesininputbufferDWORDcbOutQue;//bytesinoutputbuffer}COMSTAT,*LPCOMSTAT;

本文只用到了cbInQue成员变量，该成员变量的值代表输入缓冲区的字节数。

　　最后用PurgeComm函数清