API串口通信
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(dāng)數(shù)據(jù)從 CPU經(jīng)過(guò)串行端口發(fā)送出去時(shí)，字節(jié)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行的位（Bit）; 接收數(shù)據(jù)時(shí)，串行的位被轉(zhuǎn)換為字節(jié)數(shù)據(jù)。應(yīng)用程序要使用串口進(jìn)行通信，必須在使用之前向操作系統(tǒng)提出資源申請(qǐng)要求(即打開(kāi)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)間也較長(zhǎng)，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(xiě)操作在后臺(tái)進(jìn)行，而應(yīng)用程序的其他部分在前臺(tái)執(zhí)行。
如果按驅(qū)動(dòng)方式分，串口通信也可分為查詢(xún)和事件驅(qū)動(dòng)兩種操作類(lèi)型。所謂查詢(xún)方式是指一個(gè)進(jìn)程中的某一線程定時(shí)查詢(xún)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(méi)有數(shù)據(jù)，該線程將繼續(xù)執(zhí)行。查詢(xún)方式會(huì)占用大量的CPU時(shí)間，它實(shí)際上是同步方式的一種派生。查詢(xún)方式是一種最直接的讀串口方式，但定時(shí)查詢(xún)可能發(fā)生得過(guò)早或過(guò)晚，在數(shù)據(jù)變化較快的情況下，特別是主控計(jì)算機(jī)的串口通過(guò)擴(kuò)展板擴(kuò)展至多個(gè)時(shí)，容易發(fā)生數(shù)據(jù)的丟失。雖然指定時(shí)間隔越小，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性越高，但系統(tǒng)的資源也被占去越多。而事件驅(qū)動(dòng)方式則是一種高效的串口讀寫(xiě)方式，通過(guò)設(shè)置事件來(lái)通知系統(tǒng)工作，即當(dāng)所希望的事件發(fā)生時(shí)，Windows發(fā)出該事件已發(fā)生的通知，系統(tǒng)才進(jìn)行相應(yīng)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(shí)時(shí)性較高。Windows中提供文件讀寫(xiě)的異步方式，主要是針對(duì)文件I/O相對(duì)較慢的特點(diǎn)而進(jìn)行的改進(jìn)，它利用了Windows的多線程結(jié)構(gòu)。雖然在Windows中沒(méi)有實(shí)現(xiàn)任何對(duì)文件I/O的異步操作，但它卻能對(duì)串口進(jìn)行異步操作，因此可以提高系統(tǒng)的整體性能。
通過(guò)Visual C++的標(biāo)準(zhǔn)通信函數(shù)_inp和_outp可直接通過(guò)串口輸入和輸出數(shù)據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，在Visual C++中開(kāi)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(kāi)串口設(shè)備，設(shè)置串口通信屬性，進(jìn)行串口讀寫(xiě)操作，關(guān)閉串口。下面將較為詳細(xì)地討論在VC中實(shí)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(gè)極其重要的組成部分。Windows的32位API主要是一系列復(fù)雜的函數(shù)和消息集合，可以看做是Windows系統(tǒng)為其下運(yùn)行的各種開(kāi)發(fā)系統(tǒng)提供的開(kāi)放式通用功能增強(qiáng)接口。Windows環(huán)境下對(duì)串行端口進(jìn)行操作，是把它作為文件來(lái)處理的，其中涉及到大量API函數(shù)，操作起來(lái)比較復(fù)雜，可以概括為以下的幾個(gè)操作步驟：
1. 打開(kāi)串行通信設(shè)備。在VC中使用CreateFile函數(shù)打開(kāi)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(gè)通信過(guò)程。當(dāng)采用異步方式時(shí)，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(xiě)操作
0, // 此項(xiàng)必須為0
NULL, // 安全設(shè)置
OPEN_EXISTING, //設(shè)置打開(kāi)方式
FILE_FLAG_OVERLAPPED,
//使用異步通信標(biāo)志
NULL );
2. 指定并初始化讀寫(xiě)緩沖區(qū)。程序通過(guò)調(diào)用SetupComm函數(shù)來(lái)指定讀寫(xiě)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(wù)，用PurgeComm函數(shù)對(duì)輸入和輸出緩沖進(jìn)行初始化，如:
SetCommMask(m_hComFile, EV_RXCHAR | EV_TXEMPTY ); //設(shè)置事件驅(qū)動(dòng)的類(lèi)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(dāng)用CreateFile函數(shù)完成串口打開(kāi)操作時(shí)，默認(rèn)繼承設(shè)備控制塊（DCB結(jié)構(gòu)）設(shè)置。通過(guò)調(diào)用GetCommState函數(shù)讀取當(dāng)前串口設(shè)備控制塊DCB設(shè)置，修改后通過(guò)SetCommState函數(shù)將其寫(xiě)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(xiàng)設(shè)置，包括當(dāng)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(lái)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(shí)值。串口打開(kāi)后，I/O操作的超時(shí)值采用默認(rèn)值。超時(shí)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(dāng)前I/O操作的超時(shí)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(shí)結(jié)構(gòu)，并填寫(xiě)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(xiě)操作所允許的超時(shí)
其中，區(qū)間超時(shí)（ReadIntervalTimeout）指的是在讀取兩個(gè)字符之間的時(shí)間間隔，它僅對(duì)從端口中讀取數(shù)據(jù)有效；總超時(shí)指的是當(dāng)讀或?qū)懱囟ǖ淖止?jié)數(shù)需要的總時(shí)間超過(guò)某一閾值時(shí)，超時(shí)觸發(fā)。超時(shí)的計(jì)算公式如下：
ReadTotalTimeout= (ReadTotalTimeoutMultiplier * bytes_to_read)+ ReadToTaltimeoutConstant
WriteTotalTimeout = (WriteTotalTimeoutMuliplier * bytes_to_write) + WritetoTotalTimeoutConstant
5. 進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信。調(diào)用函數(shù)ReadFile和WriteFile讀寫(xiě)串口。若采用異步通信方式，兩函數(shù)中最后一個(gè)參數(shù)為指向OVERLAPPED結(jié)構(gòu)的非空指針，在讀寫(xiě)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(tái)繼續(xù)執(zhí)行。此時(shí)，可以用WaitForSingleObject函數(shù)來(lái)等待結(jié)束信號(hào)并設(shè)置最長(zhǎng)等待時(shí)間。下面的例子中，在主線程中發(fā)送命令，用一個(gè)輔助線程來(lái)監(jiān)視串口，有數(shù)據(jù)到達(dá)時(shí)依靠事件驅(qū)動(dòng)讀入數(shù)據(jù)并向主線程報(bào)告。
下面的代碼實(shí)現(xiàn)在主線程中準(zhǔn)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(xiě)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(dòng)
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(dá)
DWORD dwLength = ComStat.cbInQue ;
//輸入緩沖區(qū)數(shù)據(jù)長(zhǎng)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(shuō)來(lái)，調(diào)用API 函數(shù)實(shí)現(xiàn)串行通信，程序更為復(fù)雜，但應(yīng)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(gè)專(zhuān)用的串口類(lèi)，同時(shí)結(jié)合Windows非阻塞通信、多線程、動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)等手段，編寫(xiě)出高質(zhì)量的通信程序，特別是在CPU處理任務(wù)比較繁重、與外圍設(shè)備中有大量的通信數(shù)據(jù)時(shí)，更具實(shí)際意義。
