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2015-09-20 23:57:59
原文地址：WIN32串口编程详解(一) 作者：zhenhuaqin
1.引言：
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
2.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：
HANDLE CreateFile( LPCTSTR lpFileName,
DWORD dwDesiredAccess,
DWORD dwShareMode,
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes,
DWORD dwCreationDistribution,
DWORD dwFlagsAndAttributes,
HANDLE hTemplateFile);
参数说明:
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：
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_EXISTING, //打开而不是创建
0, //同步方式
注: FILE_ATTRIBUTE_NORMAL|FILE_FLAG_OVERLAPPED, //重叠方式
NULL);
if(hCom==(HANDLE)-1)
{
AfxMessageBox("打开COM失败!");
return FALSE;
}
return TRUE;
3.配置串口
3.1 DCB结构:
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：
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， CBR_256000， CBR_14400
DWORD 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，4—8
BYTE 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：
#define 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 19200
#define CBR_38400 38400
#define CBR_56000 56000
#define CBR_57600 57600
#define CBR_115200 115200
#define CBR_128000 128000
#define CBR_256000 256000
3.2 获取与设置状态:
GetCommState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 SetCommState(
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）
);
3.3 超时问题:
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：
typedef struct _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，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。
3.4 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;
TimeOuts.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=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：
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_TXCLEAR 清除输出缓冲区
PURGE_RXCLEAR 清除输入缓冲区
4.读写串口
4.1 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OVERLAPPED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OVERLAPPED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。
