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串行端口是系統(tǒng)資源的一部分，其本質(zhì)是作為CPU和串行設(shè)備間的編碼轉(zhuǎn)換器。當數(shù)據(jù)從 CPU經(jīng)過串行端口發(fā)送出去時，字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的位（Bit）; 接收數(shù)據(jù)時，串行的位被轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。應用程序要使用串口進行通信，必須在使用之前向操作系統(tǒng)提出資源申請要求(即打開串口)，通信完成后再釋放資源(即關(guān)閉串口)。
串行通信一般可以分為同步和異步兩種操作方式。所謂同步方式是指在串口的接收緩沖區(qū)中讀取規(guī)定數(shù)目的數(shù)據(jù)，直到規(guī)定數(shù)目的數(shù)據(jù)全部被讀出或設(shè)定的超時時間已到才返回。如果規(guī)定的待讀取數(shù)據(jù)量大且設(shè)定的超時時間也較長，而接收緩沖區(qū)較小，則可能引起線程阻塞。而異步方式是利用Windows的多線程結(jié)構(gòu)，讓串口的讀寫操作在后臺進行，而應用程序的其他部分在前臺執(zhí)行。
如果按驅(qū)動方式分，串口通信也可分為查詢和事件驅(qū)動兩種操作類型。所謂查詢方式是指一個進程中的某一線程定時查詢串口的接收緩沖區(qū)，如果緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)，就讀取數(shù)據(jù)；若緩沖區(qū)中沒有數(shù)據(jù)，該線程將繼續(xù)執(zhí)行。查詢方式會占用大量的CPU時間，它實際上是同步方式的一種派生。查詢方式是一種最直接的讀串口方式，但定時查詢可能發(fā)生得過早或過晚，在數(shù)據(jù)變化較快的情況下，特別是主控計算機的串口通過擴展板擴展至多個時，容易發(fā)生數(shù)據(jù)的丟失。雖然指定時間隔越小，數(shù)據(jù)的實時性越高，但系統(tǒng)的資源也被占去越多。而事件驅(qū)動方式則是一種高效的串口讀寫方式，通過設(shè)置事件來通知系統(tǒng)工作，即當所希望的事件發(fā)生時，Windows發(fā)出該事件已發(fā)生的通知，系統(tǒng)才進行相應處理，避免了數(shù)據(jù)丟失，與DOS環(huán)境下的中斷方式很相似，實時性較高。Windows中提供文件讀寫的異步方式，主要是針對文件I/O相對較慢的特點而進行的改進，它利用了Windows的多線程結(jié)構(gòu)。雖然在Windows中沒有實現(xiàn)任何對文件I/O的異步操作，但它卻能對串口進行異步操作，因此可以提高系統(tǒng)的整體性能。
通過Visual C++的標準通信函數(shù)_inp和_outp可直接通過串口輸入和輸出數(shù)據(jù)。一般來說，在Visual C++中開發(fā)串口通信程序主要有調(diào)用API函數(shù)和使用ActiveX控件技術(shù)兩種方式。基本步驟為：打開串口設(shè)備，設(shè)置串口通信屬性，進行串口讀寫操作，關(guān)閉串口。下面將較為詳細地討論在VC中實現(xiàn)串口通信的上述兩種方法。
使用Win32的API
API是附帶在Windows內(nèi)部的一個極其重要的組成部分。Windows的32位API主要是一系列復雜的函數(shù)和消息集合，可以看做是Windows系統(tǒng)為其下運行的各種開發(fā)系統(tǒng)提供的開放式通用功能增強接口。Windows環(huán)境下對串行端口進行操作，是把它作為文件來處理的，其中涉及到大量API函數(shù)，操作起來比較復雜，可以概括為以下的幾個操作步驟：
1. 打開串行通信設(shè)備。在VC中使用CreateFile函數(shù)打開串口，CreateFile將返回串口的句柄。該句柄將被用于后續(xù)的通信操作，并貫穿整個通信過程。當采用異步方式時，CreateFile函數(shù)的參數(shù)fdwAttrsAndFlags必須設(shè)為FILE_FLAG_ OVERLAPPED，如：
m_hComFile =CreateFile(“COM1”,
//HANDLE m_hComFile，全局變量
GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
// 允許讀寫操作
0, // 此項必須為0
NULL, // 安全設(shè)置
OPEN_EXISTING, //設(shè)置打開方式
FILE_FLAG_OVERLAPPED,
//使用異步通信標志
NULL );
2. 指定并初始化讀寫緩沖區(qū)。程序通過調(diào)用SetupComm函數(shù)來指定讀寫緩沖區(qū)的大小，并執(zhí)行重新分配內(nèi)部輸入和輸出緩沖的任務，用PurgeComm函數(shù)對輸入和輸出緩沖進行初始化，如:
SetCommMask(m_hComFile, EV_RXCHAR | EV_TXEMPTY ); //設(shè)置事件驅(qū)動的類型
SetupComm(m_hComFile, 1024,1024) ;
//設(shè)置輸入、輸出緩沖區(qū)的大小
PurgeComm(m_hComFile,
PURGE_TXABORT | PURGE_RXABORT | PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXCLEAR );
//清空輸入、輸出緩沖區(qū)
3.設(shè)置串口屬性，配置DCB結(jié)構(gòu)。當用CreateFile函數(shù)完成串口打開操作時，默認繼承設(shè)備控制塊（DCB結(jié)構(gòu)）設(shè)置。通過調(diào)用GetCommState函數(shù)讀取當前串口設(shè)備控制塊DCB設(shè)置，修改后通過SetCommState函數(shù)將其寫入。也可以使用GetCommProperties獲取COMMPROP結(jié)構(gòu)，其中記載了系統(tǒng)支持的各項設(shè)置，包括當前所使用的串行設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸波特率、輸入輸出緩沖區(qū)大小等。例如：
DCB dcb ;
//定義設(shè)備控制塊結(jié)構(gòu)
GetCommState(m_hComFile, &dcb ) ;
//讀取串口原來的參數(shù)設(shè)置
dcb.BaudRate =9600;
dcb.ByteSize =8;
dcb.Parity = NOPARITY;
dcb.StopBits = ONESTOPBIT ;
dcb.fBinary = TRUE ;
dcb.fParity = FALSE;
SetCommState(m_hComFile, &dcb ) ;
//串口參數(shù)配置
4. 設(shè)置超時值。串口打開后，I/O操作的超時值采用默認值。超時值的設(shè)置與結(jié)構(gòu)COMMTIMEOUTS及函數(shù)GetCommTimeouts和SetCommTimeouts有關(guān)。用GetCommTimeouts函數(shù)可以獲得當前I/O操作的超時值配置，而調(diào)用SetCommTimeouts函數(shù)可以修改此配置，如：
COMMTIMEOUTS timeouts ;
//定義超時結(jié)構(gòu)，并填寫該結(jié)構(gòu)
timeouts.ReadIntervalTimeout = 500;
timeouts.ReadTotalTimeoutMultiplier = 1;
timeouts.ReadTotalTimeoutConstant = 1000;
timeouts.WriteTotalTimeoutMultiplier = 1;
timeouts.WriteTotalTimeoutConstant = 1000; SetCommTimeouts(m_hComFile，&timeouts );
//設(shè)置讀寫操作所允許的超時
其中，區(qū)間超時（ReadIntervalTimeout）指的是在讀取兩個字符之間的時間間隔，它僅對從端口中讀取數(shù)據(jù)有效；總超時指的是當讀或?qū)懱囟ǖ淖止?jié)數(shù)需要的總時間超過某一閾值時，超時觸發(fā)。超時的計算公式如下：
ReadTotalTimeout= (ReadTotalTimeoutMultiplier * bytes_to_read)+ ReadToTaltimeoutConstant
WriteTotalTimeout = (WriteTotalTimeoutMuliplier * bytes_to_write) + WritetoTotalTimeoutConstant
5. 進行串行數(shù)據(jù)通信。調(diào)用函數(shù)ReadFile和WriteFile讀寫串口。若采用異步通信方式，兩函數(shù)中最后一個參數(shù)為指向OVERLAPPED結(jié)構(gòu)的非空指針，在讀寫函數(shù)返回值為FALSE的情況下，調(diào)用GetLastError函數(shù)，返回值為ERROR_IO_PENDING，表明I/O操作懸掛，即操作轉(zhuǎn)入后臺繼續(xù)執(zhí)行。此時，可以用WaitForSingleObject函數(shù)來等待結(jié)束信號并設(shè)置最長等待時間。下面的例子中，在主線程中發(fā)送命令，用一個輔助線程來監(jiān)視串口，有數(shù)據(jù)到達時依靠事件驅(qū)動讀入數(shù)據(jù)并向主線程報告。
下面的代碼實現(xiàn)在主線程中準備并發(fā)送數(shù)據(jù)：
BOOL fWriteStat ;
char sndBuffer[count];
...... // sndBuffer[]中存放待發(fā)送的數(shù)據(jù)
OVERLAPPED overwrite;
//設(shè)置用于異步操作的OVERLAPPED結(jié)構(gòu)
overwrite. hEvent = CreateEvent(NULL,TRUE,FALSE,NULL);
fWriteStat = WriteFile(m_hComFile, sndBuffer, dwBytesToWrite, &dwBytesWritten, &overwrite); //寫數(shù)據(jù)
if (!fWriteStat){
if (GetLastError() == ERROR_IO_PENDING) {……}
}
創(chuàng)建輔助線程：
hReadThread=CreateThread( (LPSECURITY_ATTRIBUTES) NULL,
//安全屬性
0, //初始化線程棧的大小，缺省為與主線程大小相同
(LPTHREAD_START_ROUTINE) CommReadProc, //線程函數(shù)
GetSafeHwnd(), //此處傳入主框架的句柄
0, （LPDWORD）lpThreadID );
在輔助線程中監(jiān)視串口并接收數(shù)據(jù)：
UINT CommReadProc(HWND hSendWnd){
DWORD dwEvtMask=0 ;
SetCommMask(m_hComFile, EV_RXCHAR|EV_TXEMPTY );
//設(shè)置串口事件驅(qū)動
WaitCommEvent(m_hComFile, &dwEvtMask, os ); //等待串口事件
if ((dwEvtMask & EV_RXCHAR) == EV_RXCHAR){ //緩沖區(qū)中有數(shù)據(jù)到達
DWORD dwLength = ComStat.cbInQue ;
//輸入緩沖區(qū)數(shù)據(jù)長度
COMSTAT ComStat ;
ClearCommError(m_hComFile, &dwErrorFlags, &ComStat ) ;
OVERLAPPED overread;
overread. hEvent = CreateEvent(NULL,TRUE,FALSE,NULL);
if (dwLength > 0) {
BOOL fReadStat = ReadFile(m_hComFile, lpBuffer，dwLength, &dwBytesRead,&overread);
//讀數(shù)據(jù)
if (!fReadStat){
if (GetLastError() == ERROR_IO_PENDING){
……}
}
::PostMessage((HWND)hSendWnd,
WM_NOTIFYPROCESS,0,0);
//通知主線程，串口收到數(shù)據(jù)
}
6. 關(guān)閉串行端口。調(diào)用函數(shù)CloseHandle即可。
總體說來，調(diào)用API 函數(shù)實現(xiàn)串行通信，程序更為復雜，但應用更加靈活。在API串口通信中可以將串口的屬性設(shè)置和操作封裝成一個專用的串口類，同時結(jié)合Windows非阻塞通信、多線程、動態(tài)鏈接庫等手段，編寫出高質(zhì)量的通信程序，特別是在CPU處理任務比較繁重、與外圍設(shè)備中有大量的通信數(shù)據(jù)時，更具實際意義。
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