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1 引言
在當(dāng)今的工業(yè)控制領(lǐng)域，串口通信是計(jì)算機(jī)與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)經(jīng)常使用的方法，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、使用靈活、數(shù)據(jù)傳輸可靠等幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，特別是在實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，在我們使用的計(jì)算機(jī)上使用的串口一般是RS232，使用RS232接口只能進(jìn)行一對(duì)一的通信，然而在工業(yè)控制領(lǐng)域往往是一臺(tái)工控機(jī)和多臺(tái)智能設(shè)備進(jìn)行通信，并且要求傳輸距離遠(yuǎn)，因?yàn)檫@些需求，在工控領(lǐng)域一般使用RS485。
在Win32下，可以使用兩種編程方式實(shí)現(xiàn)串口通信，其一是使用MScomm控件，這種方法程序簡(jiǎn)單，但欠靈活。其二是調(diào)用Windows的API函數(shù)，這種方法可以清楚地掌握串口通信的機(jī)制，并且自由靈活。使用控件的方法在本質(zhì)上也是使用API進(jìn)行串口通信，控件只不過(guò)是對(duì)API的一個(gè)封裝處理，本文只介紹使用API進(jìn)行串口通信編程的方法。
2 串口通信的一般步驟
2.1 打開(kāi)串口
在32位Windows中，串口和其他通信設(shè)備（如磁盤(pán)等）都被作為文件進(jìn)行處理，在使用前必須先將其打開(kāi)，為保證串口通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕谝话阋苑枪蚕砟Ｊ酱蜷_(kāi)，也就是在被串口打開(kāi)后，其他程序不能在去打開(kāi)此設(shè)備。
2.2 配置串口
在使用串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信前必須對(duì)其進(jìn)行正確的配置，串口需要配置的主要參數(shù)有波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗(yàn)、收發(fā)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小。除此之外還要對(duì)串口進(jìn)行超時(shí)設(shè)置，以防止在串口通信時(shí)數(shù)據(jù)傳輸突然中斷而導(dǎo)致讀寫(xiě)操作進(jìn)入無(wú)限期等待的狀態(tài)，設(shè)置了超時(shí)，如果在指定時(shí)間內(nèi)沒(méi)有完成所進(jìn)行的操作，則此操作被自動(dòng)放棄。
2.3 讀寫(xiě)串口
在串口被打開(kāi)并設(shè)置好后，就可以使用串口進(jìn)行讀寫(xiě)數(shù)據(jù)了，讀寫(xiě)數(shù)據(jù)可以采用同步、異步及事件驅(qū)動(dòng)等多種方式。
2.4 關(guān)閉串口
在使用完串口后應(yīng)該將其關(guān)閉，如果沒(méi)有關(guān)閉，該串口會(huì)處于打開(kāi)狀態(tài)，其他的應(yīng)用程序便無(wú)法打開(kāi)使用該串口。
3 利用API函數(shù)實(shí)現(xiàn)串口通信
3.1 打開(kāi)串口
Win32系統(tǒng)把文件的概念進(jìn)行了擴(kuò)展。無(wú)論是文件、通信設(shè)備、命名管道、郵件槽、磁盤(pán)、還是控制臺(tái)，都是用API函數(shù)CreateFile來(lái)打開(kāi)或創(chuàng)建的。該函數(shù)的原型為：
HANDLE CreateFile(LPCTSTR lpFileName,
DWORD dwDesiredAccess,
DWORD dwShareMode,
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes,
DWORD dwCreationDistribution,
DWORD dwFlagsAndAttributes,
HANDLE hTemplateFile);
各個(gè)參數(shù)說(shuō)明如下：
lpFileName：將要打開(kāi)的串口邏輯名，如“COM1”；
dwDesiredAccess：指定串口訪(fǎng)問(wèn)的類(lèi)型，可以是讀取、寫(xiě)入或二者并列；
dwShareMode：指定共享屬性，由于串口不能共享，該參數(shù)必須置為0；
lpSecurityAttributes：引用安全性屬性結(jié)構(gòu)，缺省值為NULL；
dwCreationDistribution：創(chuàng)建標(biāo)志，對(duì)串口操作該參數(shù)必須置為OPEN_EXISTING；
dwFlagsAndAttributes：屬性描述，用于指定該串口是否進(jìn)行異步操作，該值為FILE_FLAG_OVERLAPPED，表示使用異步的I/O；該值為0，表示同步I/O操作；
hTemplateFile：對(duì)串口而言該參數(shù)必須置為NULL；
3.2 配置串口
在打開(kāi)通訊設(shè)備句柄后，常常需要對(duì)串口進(jìn)行一些初始化配置工作。這需要通過(guò)一個(gè)DCB結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行。DCB結(jié)構(gòu)包含了諸如波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、奇偶校驗(yàn)和停止位數(shù)等信息。在查詢(xún)或配置串口的屬性時(shí)，都要用DCB結(jié)構(gòu)來(lái)作為緩沖區(qū)。在打開(kāi)串口后，可以調(diào)用GetCommState函數(shù)來(lái)獲取串口的默認(rèn)配置，該函數(shù)獲取一個(gè)DCB結(jié)構(gòu)體，只要在該結(jié)構(gòu)內(nèi)對(duì)應(yīng)該先修改DCB結(jié)構(gòu)，然后再調(diào)用SetCommState函數(shù)以修改后的DCB結(jié)構(gòu)設(shè)置串口。DCB主要有以下幾個(gè)重要的成員：
BYTE ByteSize; // 通信字節(jié)位數(shù)
BYTE Parity; //指定奇偶校驗(yàn)方法。此成員可以有下列值：
//EVENPARITY 偶校驗(yàn) NOPARITY 無(wú)校驗(yàn)
//MARKPARITY 標(biāo)記校驗(yàn) ODDPARITY 奇校驗(yàn)
BYTE StopBits; //指定停止位的位數(shù)。此成員可以有下列值：
//ONESTOPBIT 1位停止位
//TWOSTOPBITS 2位停止位
//ONE5STOPBITS 1.5位停止位
除了使用BCD設(shè)置串口的一些基本參數(shù)外，一般還需要設(shè)置串口收發(fā)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的大小和超時(shí)，超時(shí)的作用是在指定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有讀入或發(fā)送指定數(shù)量的字符，讀寫(xiě)操作仍然會(huì)結(jié)束。Windows用I/O緩沖區(qū)來(lái)暫存串口輸入和輸出的數(shù)據(jù)，如果通信的速率較高，則應(yīng)該設(shè)置較大的緩沖區(qū)。我們可以使用API函數(shù)SetupComm設(shè)置串口的輸入和輸出緩沖區(qū)的大小，其原型如下：
BOOL SetupComm(
HANDLE hFile, // 串口句柄
DWORD dwInQueue, // 輸入緩沖區(qū)的大小（字節(jié)數(shù)）
DWORD dwOutQueue ); // 輸出緩沖區(qū)的大小（字節(jié)數(shù)）
關(guān)于讀寫(xiě)串口的超時(shí)設(shè)置，windows給我們提供一個(gè)專(zhuān)門(mén)的結(jié)構(gòu)體COMMTIMEOUTS，其定義如下：
typedef struct _COMMTIMEOUTS {
DWORD ReadIntervalTimeout; //讀間隔超時(shí)
DWORD ReadTotalTimeoutMultiplier; //讀時(shí)間系數(shù)
DWORD ReadTotalTimeoutConstant; //讀時(shí)間常量
DWORD WriteTotalTimeoutMultiplier; //寫(xiě)時(shí)間系數(shù)
DWORD WriteTotalTimeoutConstant; //寫(xiě)時(shí)間常量
} COMMTIMEOUTS,*LPCOMMTIMEOUTS;
COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)的成員都以毫秒為單位。總超時(shí)的計(jì)算公式是：
總超時(shí)＝時(shí)間系數(shù)×要求讀/寫(xiě)的字符數(shù)＋時(shí)間常量
例如，要讀入10個(gè)字符，那么讀操作的總超時(shí)的計(jì)算公式為：
讀總超時(shí)＝ReadTotalTimeoutMultiplier×10＋ReadTotalTimeoutConstant
通過(guò)該結(jié)構(gòu)體windowsAPI為我們提供兩個(gè)函數(shù)：GetCommTimeouts和SetCommTimeouts，前者獲取當(dāng)前的超時(shí)設(shè)置，后者使用修改后的COMMTIMEOUTS設(shè)置超時(shí)，與設(shè)置串口闡述類(lèi)似。
在讀寫(xiě)串口之前，還要用PurgeComm(…)函數(shù)清空緩沖區(qū)，該函數(shù)原型：
BOOL PurgeComm(
HANDLE hFile, //串口句柄
DWORD dwFlags ); //需要完成的操作
參數(shù)dwFlags指定要完成的操作，可以是下列值的組合：
PURGE_TXABORT 中斷所有寫(xiě)操作并立即返回，即使寫(xiě)操作還沒(méi)有完成。
PURGE_RXABORT 中斷所有讀操作并立即返回，即使讀操作還沒(méi)有完成。
PURGE_TXCLEAR 清除輸出緩沖區(qū)
PURGE_RXCLEAR 清除輸入緩沖區(qū)
3.3 讀寫(xiě)串口
讀寫(xiě)串口使用ReadFile和WriteFile兩個(gè)函數(shù)，其原型如下：
BOOL ReadFile(
HANDLE hFile, //串口的句柄
LPVOID lpBuffer, //保存讀入數(shù)據(jù)的指針
DWORD nNumberOfBytesToRead, //要讀入的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)
LPDWORD lpNumberOfBytesRead, //實(shí)際讀入的字節(jié)數(shù)
LPOVERLAPPED lpOverlapped ); //OVERLAPPED，同步為NULL
BOOL WriteFile(
HANDLE hFile, //串口的句柄
LPCVOID lpBuffer, //要寫(xiě)入數(shù)據(jù)的地址
DWORD nNumberOfBytesToWrite, //要寫(xiě)入數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)
LPDWORD lpNumberOfBytesWritten, //實(shí)際寫(xiě)入的字節(jié)數(shù)
LPOVERLAPPED lpOverlapped); //OVERLAPPED，同步為NULL
在進(jìn)行同步操作時(shí)，讀寫(xiě)函數(shù)要等到執(zhí)行完才返回，而在異步操作時(shí)函數(shù)立即返回，但不保證讀寫(xiě)操作完成，這時(shí)候就需要使用OVERLAPPED結(jié)構(gòu)進(jìn)行異步控制，該結(jié)構(gòu)體有一個(gè)重要的成員hEvent，該成員是windows事件對(duì)象的句柄在控制線(xiàn)程同步及異步操作時(shí)常用到，如果是異步操作，我們可以使用CreateEvent（…）創(chuàng)建事件對(duì)象并將返回值賦給hEvent，然后使用WaitForSingleObject或GetOverlappedResult等待讀寫(xiě)操作完成，進(jìn)而達(dá)到控制異步操作的目的。
3.4 關(guān)閉串口
在不使用串口的時(shí)候應(yīng)該將其關(guān)閉，以釋放windows的資源供其他程序使用，關(guān)閉串口只需調(diào)用CloseHandle（hComm/*串口句柄*/）即可。
4 串行通信在世紀(jì)星組態(tài)軟件中的應(yīng)用
作為通用的組態(tài)軟件，世紀(jì)星要與其他PLC、智能儀表等設(shè)備進(jìn)行通信，串行通信是主要的方式之一，基于前面所述使用API進(jìn)行串行通信開(kāi)發(fā)的優(yōu)點(diǎn)，并考慮程序開(kāi)發(fā)的便捷和可重用等，在世紀(jì)星中，我們將串行通信API進(jìn)行封裝，以類(lèi)的方式對(duì)串口進(jìn)行操作，其中打開(kāi)串口及配置串口參數(shù)的操作我們通過(guò)可視化窗口進(jìn)行設(shè)定，然后在封裝類(lèi)中實(shí)現(xiàn)，相關(guān)的操作處理讀寫(xiě)數(shù)據(jù)外基本都已實(shí)現(xiàn)，因?yàn)椴煌脑O(shè)備有不同的協(xié)議，因而讀寫(xiě)串口的操作在驅(qū)動(dòng)程序中完成，這樣我們的開(kāi)發(fā)人員就不必關(guān)注太多其他的相關(guān)操作，只需根據(jù)實(shí)際設(shè)備重寫(xiě)讀寫(xiě)串口的成員函數(shù)即可。
5 結(jié)論
Windows是當(dāng)前應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的主流平臺(tái)，VC++6.0是該平臺(tái)強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)工具，使用windowsAPI開(kāi)發(fā)串口通信的程序可使我們更加清晰的了解串口通信的機(jī)制，并且開(kāi)發(fā)人員可以根據(jù)需要使用API進(jìn)行靈活的程序設(shè)計(jì)，在SCADA中串行通信是必不可少的技術(shù)，所以掌握串行通信的開(kāi)發(fā)方法具有現(xiàn)實(shí)意義。
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