Win32串口编程.docx

1、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

2、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

3、： HANDLE CreateFile( LPCTSTR lpFileName, DWORD dwDesiredAccess, DWORD dwShareMode, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes, DWORD dwCreationDistribution,DWORD dwFlagsAndAttributes,HANDLE hTemplateFile); 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

4、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： HANDLE hCom; /全局变量，串口句柄 hCom=CreateFile(COM1,

5、/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!); return FALSE; return TRUE;重叠I/O打开串口的示例代码： HANDLE hCom; /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_EXISTIN

6、G, /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!); return FALSE; return TRUE;（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GetCommStat

7、e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： typedef struct _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： 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， C

8、BR_256000， CBR_14400DWORD fParity; / 指定奇偶校验使能。若此成员为1，允许奇偶校验检查 BYTE ByteSize; / 通信字节位数，48BYTE Parity; /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BYTE StopBits; /指定停止位的位数。此成员可以有下列值：ONESTOPBIT 1位停止位 TWOSTOPBITS 2位停止位ONE5STOPBITS 1.5位停止位 DCB;winbase.h文件中定义了以上用到的常量。如下：#de

9、fine NOPARITY 0#define ODDPARITY 1#define EVENPARITY 2#define ONESTOPBIT 0#define ONE5STOPBITS 1#define TWOSTOPBITS 2#define CBR_110 110#define CBR_300 300#define CBR_600 600#define CBR_1200 1200#define CBR_2400 2400#define CBR_4800 4800#define CBR_9600 9600#define CBR_14400 14400#define CBR_19200 1

10、9200#define CBR_38400 38400#define CBR_56000 56000#define CBR_57600 57600#define CBR_115200 115200#define CBR_128000 128000#define CBR_256000 256000GetCommState函数可以获得COM口的设备控制块，从而获得相关参数： BOOL GetCommState( HANDLE hFile, /标识通讯端口的句柄 LPDCB lpDCB /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：BOOL Se

11、tCommState( HANDLE hFile, LPDCB lpDCB );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。 BOOL SetupComm( HANDLE hFile, / 通信设备的句柄 DWORD dwInQueue, / 输入缓冲区的大小（字节数） DWORD dwOutQueue / 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

12、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： typedef struc

13、t _COMMTIMEOUTS DWORD ReadIntervalTimeout; /读间隔超时 DWORD ReadTotalTimeoutMultiplier; /读时间系数 DWORD ReadTotalTimeoutConstant; /读时间常量 DWORD WriteTotalTimeoutMultiplier; / 写时间系数 DWORD WriteTotalTimeoutConstant; /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

14、，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ReadTotalTimeoutMultiplier10ReadTotalTimeoutConstant 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

15、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 COMMTIMEOUTS TimeOuts; /设定读超时 TimeOuts.ReadIntervalTimeout=1000; TimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier=500; Tim

16、eOuts.ReadTotalTimeoutConstant=5000; /设定写超时 TimeOuts.WriteTotalTimeoutMultiplier=500; TimeOuts.WriteTotalTimeoutConstant=2000; SetCommTimeouts(hCom,&TimeOuts); /设置超时 DCB dcb; 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=TWOS

17、TOPBITS; /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： BOOL PurgeComm( HANDLE hFile, /串口句柄 DWORD dwFlags / 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_TXCL

18、EAR 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： BOOL ReadFile( HANDLE hFile, /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 LPVOID lpBuffer, DWORD nNumberOfBytesToRead, / 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 LPDWORD lpNumberOfBytesRead, / 重叠操作时，该参数指向一个OVERLAPP

19、ED结构，同步操作时，该参数为NULL。 LPOVERLAPPED lpOverlapped ); BOOL WriteFile( HANDLE hFile, /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。 LPCVOID lpBuffer, DWORD nNumberOfBytesToWrite, /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 LPDWORD lpNumberOfBytesWritten, / 重叠操作时，该参数指向一个OVE

20、RLAPPED结构， / 同步操作时，该参数为NULL。 LPOVERLAPPED lpOverlapped );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

21、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FA

22、LSE，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char str100;DWORD wCount;/读取的字节数BOOL bReadStat;bReadStat=ReadFile(hCom,str,100,&wCount,NULL);if(!bReadStat) AfxMessageBox(读串口失败!); return FALSE;return TRUE;/同步写串口 char lpOutBuffer100; DWORD dwBytesWrite=100; COMS

23、TAT ComStat; DWORD dwErrorFlags; BOOL bWriteStat; 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。

24、 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： typedef struct _OVERLAPPED / o DWORD Internal; DW

25、ORD InternalHigh; DWORD Offset; DWORD OffsetHigh; HANDLE hEvent; 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

26、态。 GetOverlappedResult函数BOOL GetOverlappedResult( HANDLE hFile, / 串口的句柄 / 指向重叠操作开始时指定的OVERLAPPED结构 LPOVERLAPPED lpOverlapped, / 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。 LPDWORD lpNumberOfBytesTransferred, / 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

27、数会返回ERROR_IO_INCOMPLETE。 BOOL bWait ); 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： char lpInBuffer1024;DWORD dwBytesRead=1024;COMSTAT ComStat;DWORD dwErrorFlags;OVERLAPPED m_osRead;memset(&m_osRead,0,sizeof(OVERLAPPED);m_osRead.hEvent=CreateEvent(NULL,TRUE,FALSE,NULL);C

28、learCommError(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函数返回FALSE if(GetLastError()=ERROR_IO_PENDING) /GetLastErr

29、or()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); return dwBytesRead; return 0;PurgeComm(hCom, PURGE_TXABORT| PURG

30、E_RXABORT|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);return dwBytesRead;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： BOOL ClearCommError( HANDLE hFile, / 串口句柄 LPDWORD lpErrors, / 指向接收错误码的变量 LPCOMSTAT lpStat / 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： typedef struct _COMSTAT / cst DWORD fCtsHold : 1; / Tx waiting for CTS sig