C/C++串口通信（1）-同步操作

转自：

王柏元的博客 http://wangbaiyuan.cn/c-serial-communication-write-reading.html

串口通信方式：调用Windows的API函数

两种操作方式：
1. 同步操作方式
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）；
2. 重叠操作方式（又称为异步操作方式）
API函数会立即返回，操作在后台进行，避免线程的阻塞。

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：

HANDLE CreateFile( LPCTSTR lpFileName,
DWORD dwDesiredAccess,
DWORD dwShareMode,
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes,
DWORD dwCreationDistribution,
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NULL);if (hCom== INVALID_HANDLE_VALUE)    {        fprintf(stderr, "串口号不匹配，打开串口失败！\n");        Sleep(3000);        exit(0);    }

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_EXISTING, //打开而不是创建FILE_ATTRIBUTE_NORMAL|FILE_FLAG_OVERLAPPED, //重叠方式NULL);if (hCom== INVALID_HANDLE_VALUE)    {        fprintf(stderr, "串口号不匹配，打开串口失败！\n");        Sleep(3000);        exit(0);    }

2、配置串口

（1）初始化配置工作。

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。

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{ ………

DWORD BaudRate;//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：
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 ；ON 5STOPBITS 1.5位停止位

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 );

（2）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。

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1024COMMTIMEOUTS 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9600dcb.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

例如：

// Clear buffer清除缓冲区 PurgeComm(hCom, PURGE_TXABORT | PURGE_RXABORT | PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXCLEAR);PurgeComm(hCom, PURGE_TXABORT | PURGE_RXABORT);

3、读写串口

使用ReadFile和WriteFile读写串口，下面是两个函数的声明：

//写--发送命令：程序向硬件发送指令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一片内存区LPCVOID lpBuffer,//要写入的数据的字节数DWORD nNumberOfBytesToWrite,// 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OVERLAPPED结构，// 同步操作时，该参数为NULL。LPOVERLAPPED lpOverlapped );

//读--接受数据：程序读取硬件返回的数据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,// 要读入的数据的字节数DWORD nNumberOfBytesToRead,// 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 );

lpBuffer：char型数组，数组内容是定义好的指令信息。
nNumberOfBytesToWrite，nNumberOfBytesToRead：lpBuffer数组的元素个数

//lpBuffer：char send_data[] = { 0x75, 0x57, 0xFF, 0x0D, 0x0A };     //请求数据 16进制DWORD nNumberOfBytesToWrite= 1; //读操作实际读入的字节数BYTE Rev_buffer[8]; //接受数据

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。
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FALSE，而且GetLastError函数返回ERROR_IO_PENDING。这说明重叠操作还未完成。

同步方式读写串口的代码：

//同步读串口 char str[100];  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;  } //同步写串口 char lpOutBuffer[100]; DWORD dwBytesWrite=100; COMSTAT 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);

4、关闭串口

使用CreateFile函数返回的句柄作为参数调用CloseHandle即可：

BOOL CloseHandle(HANDLE hObject; //handle to object to close);