VS2013 Windows API 串列埠通訊程式設計--多執行緒非同步方式

阿新 • • 發佈：2019-01-04

轉載自：blog.csdn.net/mingojiang

1.串列埠通訊基礎

提到串列埠讓人想起並口,它們是計算機中兩個比較重要的通訊方式. 串列埠:也叫COM口,把位元組的二進位制位按位列隊進行傳輸,每個位元組佔一個固定的時間長,速度慢,但是傳輸距離遠, 有9針和25針兩種,是陽插座(插座中有針凸起),目前25針較少使用;Modem\滑鼠\USB口\老式攝像頭等都是用串列埠. 並口:把位元組的二進位制位用多條線同時傳輸,速度快串列埠8倍左右,傳輸距離有限,一般計算機內部資料傳輸用此方式, 平常使用的有印表機,掃描器等;為25針,陰插座(插座有25個針孔).

1.1串列埠通訊原理與特點

串列埠是

CPU與序列裝置間的編碼轉換器,當CPU經過串列埠發資料時,位元組資料列隊成序列位,串列埠接收資料時,序列位轉換成位元組資料.所以必須安裝相應的驅動程式.

序列通訊有成本低的特點,而且可以在現有的電話網路上進行傳輸,家庭通過電話線上網即是這種方式.只要配置一個相應的通訊介面,如:Modem.

1.2串列埠通訊的傳輸方式

單工:只能從一頭傳輸到另一頭,如只能從A向B傳或者B向A傳,如看電視,只允許電視臺向電視發資料,不允許電視向電視臺發資料.在單工傳輸方式上一般採用兩個通訊,一個通道傳輸資料,一個通道傳輸控制訊號.

半雙工:允許互傳資訊,但是不能同時進行,如對講機,A說話時,B不能說話,B

說話時A不能說話.

全雙工:允許雙同時通訊,如講電話.

1.3串列埠通訊的同步技術

物理連線建立後,需要使用一種機制使對方正確解釋傳送的資料,傳送方安位發出資料後,接收方如何識別這些資料,並如何正確組裝成正確的位元組.這就需要同步技術.資料同步技術一般解決如下問題:

?確定傳送資料起始時間

?傳送資料的傳輸速率

?傳送資料所需的時間

?傳送時間間隔

3.1非同步傳輸

按位元組為單位傳輸,非同步傳輸方式也叫起止方式,在被傳輸的位元組前後加起止位,起止位無訊號時處於高電平,接收方檢測到低電平訊號表示開始接收,收到停止訊號表示傳輸完成.

3.2同步傳輸

以資料塊為單位傳輸,在塊的前後加一個特殊位元組表示起止

,傳輸效率高,線路利用率高,裝置負擔也大.

1.4序列介面標準

常用標準有RS-232C,RS-485,RS-422等,其中RS-232C被廣泛用於計算機串列埠通訊.RS-232C標準要求一般線路不要超過15米.

2.API函式實現串列埠通訊

API函式串列埠程式設計,可採用簡單的查詢方式或定時方式,也可採用複雜的事件驅動方式,所謂事件驅動方式是當輸入緩衝區中有資料時,將自動呼叫某個方法執行相應的操作.定時方式是在一定的時間間隔內判斷緩衝區內有資料被寫入,此方法效率不高,查詢方式就更落後的一種方式.所以設計的好的串列埠通訊程式一般用事件驅動,有實時,高效,靈活等特點.

一般編制序列通訊程式分以下幾個部分：

?開啟串列埠:開啟通訊資源,設定通訊引數、設定通訊事件、建立讀、寫事件、進入等待串列埠訊息迴圈。

?讀取串列埠資訊:當串列埠發生EV_RXCHAR(接收到字元並放入了輸入緩衝區)訊息後讀取串列埠、資料傳輸錯誤處理、字串處理如回車符、空格並相應轉化成資料,如果模擬量還要進行資料檢驗等功能。

?寫串列埠資訊：將要傳送的資訊寫入串列埠,相應進行錯誤處理。

?斷開串列埠連線：關閉事件,清除通訊事件,丟棄通訊資源並關閉。

2.1開啟串列埠

2.1.1串列埠是否有驅動

如何判斷PC機中串列埠是否正常,驅動是否安裝,串列埠名(邏輯埠名)是多少.如果PC機有串列埠同時驅動正常,那麼在登錄檔的HKEY_LOCAL_MACHINE\HARDWARE\DEVICEMAP目錄下,包含字元"Serial"或"VCom"項下面的值就是,可以有多項,如下圖:

項SERIALCOMM下有一個值----COM11,表明有一個可用串列埠,如果目錄下包含字元Serial或VCom的項下沒有任何值,表明沒有串列埠或者驅動不正常.以下是獲取串列埠邏輯名的程式碼:

#define MAX_KEY_LENGTH   255
#define MAX_VALUE_NAME  16383
HKEY hTestKey;
if (ERROR_SUCCESS == RegOpenKeyEx(HKEY_LOCAL_MACHINE, 
    TEXT("HARDWARE\\DEVICEMAP\\SERIALCOMM"), 0, KEY_READ, &hTestKey))
{
    TCHAR   achClass[MAX_PATH] = TEXT(""); // buffer for class name
    DWORD   cchClassName = MAX_PATH; // size of class string
    DWORD   cSubKeys = 0;                  // number of subkeys
    DWORD   cbMaxSubKey;             // longest subkey size
    DWORD   cchMaxClass;             // longest class string
    DWORD   cValues;             // number of values for key
    DWORD   cchMaxValue;         // longest value name
    DWORD   cbMaxValueData;      // longest value data
    DWORD   cbSecurityDescriptor; // size of security descriptor
    FILETIME ftLastWriteTime;     // last write time

    DWORD i, retCode;
    TCHAR achValue[MAX_VALUE_NAME];
    DWORD cchValue = MAX_VALUE_NAME;

    // Get the class name and the value count.
    retCode = RegQueryInfoKey(
        hKey,                   // key handle
        achClass,               // buffer for class name
        &cchClassName,          // size of class string
        NULL,                   // reserved
        &cSubKeys,              // number of subkeys
        &cbMaxSubKey,           // longest subkey size
        &cchMaxClass,           // longest class string
        &cValues,               // number of values for this key
        &cchMaxValue,           // longest value name
        &cbMaxValueData,        // longest value data
        &cbSecurityDescriptor,  // security descriptor
        &ftLastWriteTime);      // last write time

    if (cValues > 0) {
        for (i = 0, retCode = ERROR_SUCCESS; i < cValues; i++) 
        {
            cchValue = MAX_VALUE_NAME; achValue[0] = '\0';
            if (ERROR_SUCCESS == RegEnumValue(hKey, i, achValue, &cchValue, NULL, NULL, NULL, NULL)) {
                CString szName(achValue);
                if (-1 != szName.Find(_T("Serial")) || -1 != szName.Find(_T("VCom"))){
                    BYTE strDSName[10]; memset(strDSName, 0, 10);
                    DWORD nValueType = 0, nBuffLen = 10;
                    if (ERROR_SUCCESS == RegQueryValueEx(hKey, (LPCTSTR)achValue, NULL,
                        &nValueType, strDSName, &nBuffLen)){
                        int nIndex = -1;
                        while (++nIndex < 20){
                            if (-1 == m_nComArray[nIndex]) {
                                m_nComArray[nIndex] = atoi((char*)(strDSName + 3));
                                break;
                            }
                        }
                    }
                }
            }
        }
    }
    else{
        AfxMessageBox(_T("機PC機沒有COM口....."));
    }
}
RegCloseKey(hTestKey);

2.1.2連線串列埠

串列埠是系統資源,也當作檔案一樣操作,所以也用CreateFile函式,如果呼叫成功返回串列埠控制代碼,如果失敗返回INVALID_HANDLE_VALUE值.函式引數說明如下:

HANDLE WINAPI CreateFile
(
    __in         LPCTSTR lpFileName,//串列埠名(邏輯埠名),如:”COM1”,”COM2”
    __in            DWORD dwDesiredAccess,//訪問模式,對串列埠有讀/寫許可權
    __in            DWORD dwShareMode,//共享模式,有讀/寫/刪除共享,對串列埠通訊只能獨佔模式
    __in_opt LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes,//檔案安全屬性,對串列埠設定為NULL
    __in            DWORD dwCreationDisposition,//建立方式,串列埠通訊設定為OPEN_EXISTING
    __in            DWORD dwFlagsAndAttributes,//檔案屬性標記,是否非同步方式,在些設定
    __in_opt HANDLE hTemplateFile//檔案控制代碼,如果不為NULL,新檔案從該夠本複製或擴充套件,如果函式執行成功,返回新的串列埠控制代碼.
);

?第一個引數:邏輯串列埠號,用字串”COMX”表示,”X”是串列埠序號,關於電腦中的邏輯串列埠號,在登錄檔HKEY_LOCAL_MACHINE\HARDWARE\DEVICEMAP目錄下,包含字元"Serial"或"VCom"項下面的值就是,可以有多個

?第二個引數:是對對串列埠的訪問許可權,串列埠只有讀/寫(GENERIC_READ/GENERIC_WRITE)許可權,可以同時設定成讀/寫許可權,也可以單獨只設置讀或寫許可權.

?第三個引數:是共享模式,有讀/寫/刪除共享,對串列埠通訊只能獨佔模式,即是0.

?第四個引數:檔案安全屬性,對串列埠設定成NULL.

?第五個引數:建立方式,有CREATE_ALWAYS/ CREATE_NEW/ OPEN_EXISTING等方式,但是對串列埠只能是OPEN_EXISTING,只能開啟存在的串列埠,不像檔案一樣可建立之類

?第六個引數:檔案屬性與標誌,詳細資訊檢視MSDN,如果想把串列埠設定成非同步方式,那麼要設定成FILE_FLAG_OVERLAPPED.

?第七個引數:檔案控制代碼,新檔案從該控制代碼複製或擴充套件,如果函式執行成功,返回新的控制代碼,對串列埠通訊,設定成NULL

以下為程式碼示例:

HANDLE hCom = CreateFile
(
    "COM1", //開啟串列埠1
    GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, //允許讀和寫操作
    0, //獨佔方式
    NULL,
    OPEN_EXISTING,//開啟存在的串列埠,必須是OPEN_EXISTING,檔案還可以CREATE_NEW,串列埠不能建立
    FILE_ATTRIBUTE_NORMAL | FILE_FLAG_OVERLAPPED, //非同步方式開啟
    NULL
);

if (INVALID_HANDLE_VALUE == m_hCom) 
{
    int nError = GetLastError();
}

如果執行成功返回串列埠控制代碼,如果失敗通過GetLastError獲取錯誤碼.

2.1.3串列埠邏輯埠號大於10無法開啟問題

通過函式CreateFile開啟串列埠,其第一個引數就是串列埠的邏輯埠名,是用”COMX”表示的,其中X是1~N的整數,當X大於10時,有時會出現無法開啟的問題,把邏輯埠名改成"\\\\.\\COMX"即可解決.

CString szCom;
szCom.Format(_T("\\\\.\\COM%d"), nPort);
COMFile = CreateFile
(
    szCom.GetBuffer(50), 
    GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 
    FILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE, 
    NULL, 
    OPEN_EXISTING, 
    FILE_FLAG_OVERLAPPED, 
    NULL
);

2.2串列埠配置

對串列埠進行設定,如緩衝區大小,是否允許二進位制,引數配置等.

2.2.1設定緩衝區大小

設定IO的緩衝區大小根據自己需求,太小容易丟失資料,所以根據自己的需求設定.

BOOL SetupComm(
    HANDLE hFile, //串列埠控制代碼,CreateFile的有效返回值
    DWORD dwInQueue, //輸入緩衝區位元組數
    DWORD dwOutQueue//輸出緩衝區位元組數
);

2.2.2設定串列埠狀態

設定串列埠的各種狀態,波特率/資料位/停止位/校驗位/流控制/二進位制等.設定視窗狀態是通過函式SetCommState設定的,第一個引數是串列埠控制代碼,第二個是DCB指標.DCB結構比較複雜,引數多,所以一般是通過GetCommState來填充一個DCB物件,然後再修改這物件,再把修改好的對像給SetCommState做引數.這是常用的方法.下面是對DCB引數介紹:

typedef struct _DCB { // dcb 
    DWORD DCBlength;           // sizeof(DCB) 
    DWORD BaudRate;            // current baud rate 指定當前的波特率
    DWORD fBinary : 1;          // binary mode, no EOF check 指定是否允許二進位制模式,WINDOWS 95中必須為TRUE
    DWORD fParity : 1;          // enable parity checking 指定奇偶校驗是否允許
    DWORD fOutxCtsFlow : 1;// CTS output flow control 指定CTS是否用於檢測傳送控制.當為TRUE是CTS為OFF,傳送將被掛起
    DWORD fOutxDsrFlow : 1;// DSR output flow control 指定DSR是否用於檢測傳送控制.當為TRUE是DSR為OFF,傳送將被掛起
    DWORD fDtrControl : 2;       // DTR flow control type DTR_CONTROL_DISABLE值將DTR置為OFF, DTR_CONTROL_ENABLE值將
    //DTR置為ON, DTR_CONTROL_HANDSHAKE允許DTR"握手",
    DWORD fDsrSensitivity : 1;   // DSR sensitivity 當該值為TRUE時DSR為OFF時接收的位元組被忽略
    DWORD fTXContinueOnXoff : 1; // XOFF continues Tx 指定當接收緩衝區已滿,並且驅動程式已經發送出XoffChar字元時傳送
    //是否停止.TRUE時,在接收緩衝區接收到緩衝區已滿的位元組XoffLim且驅動程式已經發送
    //出XoffChar字元中止接收位元組之後,傳送繼續進行。FALSE時,在接收緩衝區接收到代表緩衝
    //區已空的位元組XonChar且驅動程式已經發送出恢復傳送的XonChar之後,傳送繼續進行。
    DWORD fOutX : 1;            // XON/XOFF out flow control TRUE時,接收到XoffChar之後便停止傳送.接收到XonChar之後將重新開始
    DWORD fInX : 1;             // XON/XOFF in flow control TRUE時,接收緩衝區接收到代表緩衝區滿的XoffLim之後,XoffChar傳送出
    //去.接收緩衝區接收到代表緩衝區空的XonLim之後,XonChar傳送出去
    DWORD fErrorChar : 1;       // enable error replacement 該值為TRUE且fParity為TRUE時,用ErrorChar 成員指定的字元代替奇
    //偶校驗錯誤的接收字元
    DWORD fNull : 1;            // enable null stripping TRUE時,接收時去掉空（0值）位元組
    DWORD fRtsControl : 2;       // RTS flow control RTS_CONTROL_DISABLE時,RTS置為OFF RTS_CONTROL_ENABLE時, RTS置為ON RTS_CONTROL_HANDSHAKE時,當接收緩衝區小於半滿時RTS為ON 當接收緩衝區超過四分之三滿時RTS為OFF RTS_CONTROL_TOGGLE時,當接收緩衝區仍有剩餘位元組時RTS為ON ,否則預設為OFF
    DWORD fAbortOnError : 1;     // abort reads/writes on error TRUE時,有錯誤發生時中止讀和寫操作
    DWORD fDummy2 : 17;          // reserved 未使用
    WORD wReserved;            // not currently used 未使用,必須為0
    WORD XonLim;               // transmit XON threshold 指定在XON字元傳送這前接收緩衝區中可允許的最小位元組數
    WORD XoffLim;              // transmit XOFF threshold 指定在XOFF字元傳送這前接收緩衝區中可允許的最小位元組數
    BYTE ByteSize;             // number of bits/byte, 4-8 指定埠當前使用的資料位
    BYTE Parity;               // 0-4=no,odd,even,mark,space 指定埠當前使用的奇偶校驗方法,可能為:
    //EVENPARITY,MARKPARITY,NOPARITY,ODDPARITY
    BYTE StopBits;             // 0,1,2 = 1, 1.5, 2 指定埠當前使用的停止位數,可能為:ONESTOPBIT,ONE5STOPBITS,TWOSTOPBITS
    char XonChar;              // Tx and Rx XON character 指定用於傳送和接收字元XON的值
    char XoffChar;             // Tx and Rx XOFF character 指定用於傳送和接收字元XOFF值
    char ErrorChar;            // error replacement character 本字元用來代替接收到的奇偶校驗發生錯誤時的值
    char EofChar;              // end of input character 當沒有使用二進位制模式時,本字元可用來指示資料的結束
    char EvtChar;              // received event character 當接收到此字元時,會產生一個事件
    WORD wReserved1;           // reserved; do not use 未使用
} DCB;

以下為示例程式碼:

DCB dcb;
DCB dcb;
GetCommState(hCom, &dcb);
dcb.BaudRate = 9600;//波特率
dcb.fBinary = TRUE;//是否允許傳二進位制
dcb.fParity = TRUE;//是否奇偶校驗
dcb.ByteSize = 8;//資料位
dcb.Parity = ODDPARITY;//奇偶校驗方式
dcb.StopBits = ONESTOPBIT;//停止位
SetCommState(hCom, &dcb);

2.2.3設定需通知的事件

設定你關心的事件,當此事件發生時,將得到事件通知,通過SetCommMask函式設定,SetCommMask函式兩個引數,第一個為串列埠控制代碼,第二個為事件,可通過位或的方式指定多個事件,如下:

OOL WINAPI SetCommMask(
    __in  HANDLE hFile,
    __in  DWORD dwEvtMask
);
//示例程式碼:
SetCommMask(m_hCom, EV_RXCHAR);

EV_RXCHAR事件指當輸入緩衝區內有資料時,通過WaitCommEvent函式可獲得通知,其他事件同理,其他事件還有EV_BREAK/EV_CTS/EV_RING等,詳情參看MSDN.

2.2.4清空緩衝區

在接收/傳送資料前緩衝區中可能有垃圾資料,或者中途想清空緩衝區資料,可以用以下呼叫以下函式:

BOOL WINAPI PurgeComm(
    __in HANDLE hFile,//串列埠控制代碼
    __in DWORD dwFlags//清空方式PURGE_TXABORT | PURGE_RXABORT | PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXCLEAR
);
//示例程式碼
PurgeComm(m_hCom, PURGE_TXABORT | PURGE_RXABORT | PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXCLEAR);

引數說明：

URGE_TXABORT：立即中斷寫操作並清空輸出緩衝區
PURGE_TXCLEAR ：清空輸出緩衝區
PURGE_RXABORT：立即中斷讀操作並清空輸入緩衝區
PURGE_RXCLEAR：清空輸入緩衝區

2.3非同步接收資料

在2.2.3中通過SetCommMask函式,設定了非同步通知事件EV_RXCHAR,所以當輸入緩衝區中有資料時,將會有事件觸發,那怎麼獲得事件呢?通過WaitCommEvent函式擷取,與WaitForSingleObject原理類似.函式說明如下:

BOOL WINAPI WaitCommEvent(
    __in  HANDLE hFile,//串列埠控制代碼
    __out LPDWORD lpEvtMask,//Out型指標,接收事件標誌
    __in  LPOVERLAPPED lpOverlapped//接收事件資訊事件狀態
)