基于API函数的串口通信（方法讲解）

 

用到的串口通信编程方法有：使用通信控件、在高级语言中嵌入汇编以及使用ＡＰＩ函数。在这几种方法中，使用API函数编写的串口通信程序最为高效、灵活。串口通信编程将用到三种API函数

——串口通信相关API函数、多线程API函数和实现消息机制的API函数，下面将分别介绍这几种API函数。

１与串口通信有关的ＡＰＩ函数

　　Windows系统通信一般都以 Windows开放式服务体系 型为基础，在此模型中位于上层的应用程序通过调用各种通信API下层的设备驱动程序进行数据交换。下面将按一般串口通信程序的流程顺序介绍这些API。

１．１打开串口

　　Win32操作系统把串口看作一个文件，因此打开串口我们将要用到Createfile函数。该函数第一个参数指明要打开的文件名称，对串口操作来说，就是COM1/COM2等。第二个参数为读写模式设置，因为要对串口进行读写，所以该参数应设为GENERIC_READ/GENERIC_WRITE 。第三个参数值必须为0，表示不将串口与其他应用程序共享。第四个参数指向一个SECURITY_ARRTIBUTE结构，通常设为NULL。第五个参数指定如何打开文件，在打开设备（串口是一种设备）时，此参数必须指定为OPEN_EXISTING第六个参数指定文件属性及相关标　　志，但是对于串行口，唯一有意义的设置是FILE__FLAG_OVERLAPPED 或0；最后一个参数必须为NULL。若该函数打开串口成功，则返回创建的句柄，该句柄供随后对串行口的设置、读写等操作用；否则返回INVALID_HANDLE_VALUE。

１．２设置串口

　　串口打开后，即可进行一系列初始化设置。最基本的初始化设置将通过 GetCommState和SetCommState函数来实现。先调用GetCommState函数获取当前串口配置填充设备控制块（DCB），然后将DCB结构中几个重要参数如波特率、数据位、停止位、校验位改成符合实际设计要求的值，最后用SetCommState将刚刚所做的改动重新设置串口。

   串口I/O缓冲区的大小用SetUpComm函数设置。通信速率越高，缓冲区应设置得越大，但不能超出设备驱动程序所能 处理的范围。另一个很重要的设置是串口超时设置。通信中因未知原因将出现不可预测的事件，譬如：接收数据过程中突然被中断，或者发送数据突然停止等。如果不认真对待，这些情况可能会引起I/O线程挂起或者线程被无限阻塞。Windows对于这类问题提供了安全措施，它可通过超时设置来决定通信是否异常并作相应处理，因此超时设置在串行通信中显得尤为重要。超时设置过程分为两步，首先设置CommtimeOuts结构中的五个成员，然后调用SetCommOuts函数设置超时值。CommtimeOuts结构的五个成员分别是：读串口间隔超时、读串口总超时乘数、读串口总超时常数（ｍｓ）、写串口总超时乘数、写串口总超时常数（ｍｓ）。

１．３读写串口

　　设置工作完成后，即可用ReadFile和WriteFile对串口进行读写操作。在调用读写操作函数之前，应先用ClearCommError 函数清除错误标志和获取当前串口状态。

    分为同步和重叠I/O（异步）。同步执行时，函数直到操作完成后才返回；重叠I/O操作时，即使操作尚未完成，调用的函数也会立即返回，费时的I/O操作在后台进行。可见，同步操作线程被阻塞，效率低，只能用在对通信要求比较低的场合，我们一般用到的都是效率较高的重叠I/O操作。前面提到的CreateFile函数第六个参数设置为FILE_FLAG_OVERLAPPED即可指定WriteFile 和 ReadFile函数为重叠I/O执行。使用重叠I/O还需为读写函数指定一个OverLapped结构，该结构有五个数据成员，对串口通信来说，其中的OffSet和hEvent成员是很重要的。OffSet指示文件指针偏移量，在重叠I/O操作时系统不能自动维护文件指针，所以要靠OffSet在程序中手动调整文件指针。而hEvent标志读写操作是否完成。若操作完成，则将hEvent置为信号态；否则即置为非信号态。最后要说明的是，在重叠I/O操作时，读写函数返回值是FALSE并不能说明操作失败，应该调用GetLastError函数分析返回结果。如果 此时GetLastError 函数返回值是ERROR_IO_PENDING，则说明操作未完成（并不是操作失败）。

      我们将用等待函数来等待操作的完成。典型的两个等待函数有WaitForSingleObject和GetOverLappedResult。函数的相同之处为都是等待读写操作指定的OverLapped结构hEvent成员置为信号态（即代表操作完成）；不同之处是WaitForSingleObject 是可设置超时，但无法得到重叠Ｉ／Ｏ操作的结果，GetOverLappedResult用来得到重叠Ｉ／Ｏ操作的结果，但无法设置超时。因此，我们经常两者结合起来使用，在用WaitForSingleObject等待操作结束后，用GetOverLappedResult得到操作结果。

１．４关闭串口

　　串行口是非共享资源，某应用程序打开串行口后，即独占该资源，使其它应用程序无法再访问，直到该应用程序释放串口。所以对串口操作完成后，一定要关闭串口。关闭串口使用CloseHandle函数，该函数唯一参数即为用CreateFileｅ打开串口时所创建的句柄。

２多线程API函数

　　Windows是多线程 、抢先多任务的 。Windows中，一个可执行程序的运行时刻实例称为进程。

一个进程可以有多个线程，Windows是按照线程分配ＣＰＵ时间片的，而分配的机制就是抢先多任务方式。

　　对于读写串口这种耗时的工作，使用多线程技术，创建辅助线程来管理串口是一个常用的方案。这样在进行串口读写的同时，能对读入的数据进行处理。如果使用单线程，就需要等待串口读写操作完成，整个进程都被阻塞。而使用多线程就可以避免这种情况。

　　多线程也会带来一些新的问题，其中的一个问题就是线程的同步，如果同步问题解决不好，程序的稳定性会受到很大的影响。通常用到的几种线程同步的方法有互斥体对象、利用信号、利用事件对象和设置临界区。笔者在实际应用中使用的是事件对象结合Windows消息机制使线程同步，收到了很好的效果。

　　创建线程函数为CreateThread，用SuspendThread和ResumeThread函数来挂起和唤醒线程。创建事件函数为CreateEventt，用SetEvent和ResetEvent函数来将事件置为信号态和非信号态，以此来同步线程。串口通信的辅助线程管理经常还要用到SetComMask和WaitCommEvent函数。SetComMask用来指定一系列事件监视串口，比如监视串口是否有数据收到；WaitCommEvent则用来等待指定的事件发生。笔者在实际应用中，就是在辅助线程中用SetComMask指定串口监视接收数据事件，然后用WaitCommEvent等到串口真的接收到数据时，用PostMessage发出消息通知主线程，由主线程处理接收到的数据。

　　３　实现消息机制的ＡＰＩ函数

　　Windows是一个消息驱动操作系统，简单的说消息就是指通过输入设备向程序发出的指令以要求

　　其执行某个操作。具体的操作由消息处理函数实现。用户可以自定义消息在线程之间传递。把WM_USER（它的值等于0*0400）当作基数，然后顺序地去加序号，譬如：

　　ＷＭ＿ＣＯＭＭＮＯＴＩＦＹｅｑｕ ＷＭ＿ＵＳＥＲ＋１００ｈ（小于ＷＭ＿ＵＳＥＲ的值是Windows系统的保留值，大于该值留给用户来使用）。

　　前一节已经提到在串口通信编程中对消息机制的利用，这里将继续说明怎样实现消息机制。由于笔者使用的编程工具是Borland公司的C++Builde(BCB)r，因此对于消息机制的实现有其特殊之处。在BCB中实现消息的方法有三种：使用消息映射 MeaageMap 重载TObject的Dispatch虚成员函数；重载TControl的Wndpro方法；重载Application的OnMessage方法。其中以第三种方法最快，因为一般情况下， 会为每个程序自动生成一个TApplication类的实例，消息到达BCB程序时，最先得到它们的就是TApplication对象。经由TApplication之后，才传递给Form的。前两种方法都是重载ＴＦｏｒｍ的方法，显然比直接重载Application的OnMessage方法要晚一些收到消息。我们要做的只是定义好自己的消息处理函数：

　　ｖｏｉｄ＿＿ｆａｓｔｃａｌｌ ＴＦｏｒｍ１ ＭｙＯｎＭｅｓｓａｇｅ ｔａｇＭＳＧ ＆Ｍｓｇ

ｂｏｏｌ＆Ｈａｎｄｌｅｄ 

　　ＴＭｅｓｓａｇｅＭｅｓｓａｇｅ

　　ｓｗｉｔｃｈ（Ｍｓｇ．ｍｅｓｓａｇｅ）　

　　ｃａｓｅＷＭ＿ＣＯＭＭＮＯＴＩＦＹ

　　Ｍｅｓｓａｇｅ．Ｍｓｇ＝Ｍｓｇ．ｍｅｓｓａｇｅ；

　　Ｍｅｓｓａｇｅ．ＷＰａｒａｍ＝Ｍｓｇ．ｗＰａｒａｍ；

　　Ｍｅｓｓａｇｅ．ＬＰａｒａｍ＝Ｍｓｇ．ｌＰａｒａｍ；

　　／／此处添加处理该消息的代码

　Handle:=true;

Break;　　

　　然后在窗口创建时用自定义的消息处理函数重载Application 的OnMessage方法：

　　ｖｏｉｄ＿＿ｆａｓｔｃａｌｌ ＴＦｏｒｍ１ ＦｏｒｍＣｒｅａｔｅ（ＴＯｂｊｅｃｔ Ｓｅｎｄｅｒ）　

　　Application－＞OnMessage ＝MyOnMessage  ；

　　这样就可以在程序中收到自定义的消息并作出相应处理。

　　值得注意的是，使用Application－＞OnMessage并不能捕获非队列消息，它无法捕获使用SendMessage直接发送给窗口的消息，这是因为其不通过消息队列。但可以使用另一个发送消息的ＡＰＩ函数——PostMessage，该函数发出的消息是队列消息。

　　４　结束语

　　利用多线程、消息机制和重叠Ｉ／Ｏ的ＡＰＩ函数进行串口编程的方法，可实现串口通信的实时高效，为开发Windows系统下串口驱动程序提供了有益参考。