串口通信知识点详解
串口通信的基本概念:
1.在计算机上进行数据的通信有两种方式。串行方式和并行方式。也就是串口通信和并行通信。即串口通信是计算机传输数据的一种通信方式。
2.并行通信以字节为但是进行传输数据，相比于串口通信，他的速度快，传输距离近。串口通信以比特位传输数据，相比于并行通信，他的传输速度慢，但是传输距离远。并且串口通信是异步通信，因此，端口可以在一根线上发送数据的同时在另一根线上接收数据
3.串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配。
(1)波特率:传输速率。如每秒钟传送240个字符，而每个字符格式包含10位（1个起始位，1个停止位，8个数据位），这时的波特率为240Bd，比特率为10位*240个/秒=2400bps。
(2)数据位：数据包中发送端想要发送的数据
(3)停止位:用于表示单个包的最后一位，结束标志以及校正时钟同步
(4)奇偶校验:检错方式。一共有四种检错方式:偶、奇、高和低。
4.串口通信的应用场景:串口通信是指外设和计算机间，通过数据线按位进行传输数据的一种通讯方式。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低。大多数计算机(不包括笔记本)都包含两个RS-232串口。串口通信也是仪表仪器设备常用的通信协议。
Windows下串口通信：
1.在windows下，串口是作为文件进行处理。
2.串口通信分为四大步骤:打开串口，关闭串口，配置串口，读写串口
(1)打开串口:使用CreateFile函数:
HANDLE WINAPI CreateFile(
_In_ LPCTSTR lpFileName,//要打开或创建的文件名
_In_ DWORD dwDesiredAccess,//访问类型
_In_ DWORD dwShareMode,//共享方式
_In_opt_ LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes,//安全属性
_In_ DWORD dwCreationDisposition,//指定要打开的文件已存在或不存在的动作
_In_ DWORD dwFlagsAndAttributes,//文件属性和标志
_In_opt_ HANDLE hTemplateFile//一个指向模板文件的句柄
);
参数说明:
1).lpFileName：要打开或创建的文件名
2).dwDesiredAccess：访问类型。0为设备查询访问；GENERIC_READ为读访问；GENERIC_WRITE为写访问；
3).dwShareMode:共享方式。0表示文件不能共享,试图打开文件的操作都会失败;FILE_SHARE_READ表示允许其它读操作;FILE_SHARE_WRITE表示允许写操作；FILE_SHARE_DELETE表示允许删除操作。
4).lpSecurityAttributes：安全属性。一个指向SECURITY_ATTRIBUTES结构的指针。一般传入NULL
5).dwCreationDisposition：创建或打开文件时的动作。 OPEN_ALWAYS：打开文件，如果文件不存在则创建；TRUNCATE_EXISTING 打开文件，且将文件清空（故需要GENERIC_WRITE权限），若文件不存在则失败；OPEN_EXISTING打开文件，文件若不存在则会失败；CREATE_ALWAYS创建文件，如果文件已存在则清空；CREATE_NEW创建文件，如文件存在则会失败；
6).dwFlagsAndAttributes：文件标志属性。FILE_ATTRIBUTE_NORMAL常规属性; FILE_FLAG_OVERLAPPED异步I/O标志，如果不指定此标志则默认为同步IO；FILE_ATTRIBUTE_READONLY文件为只读; FILE_ATTRIBUTE_HIDDEN文件为隐藏。FILE_FLAG_DELETE_ON_CLOSE所有文件句柄关闭后文件被删除
7). hTemplateFile：一个文件的句柄，且该文件必须是以GENERIC_READ访问方式打开的。如果此参数不是NULL，则会使用hTemplateFile关联的文件的属性和标志来创建文件。如果是打开一个现有文件，则该参数被忽略。
注意点: 使用该函数打开串口时需要注意的是：文件名直接写串口号名，如“COM1”，；共享方式应为0，即串口应为独占方式；打开时的动作应为OPEN_EXISTING，即串口必须存在。
(2)关闭串口:BOOL WINAPI CloseHandle(HANDLE hObject);
(3)配置串口:串口的配置主要包含三部分内容:设置超时和设置缓冲区,设置串口配置信息。
1)超时设置:在读写串口的时候，如果没有指定异步操作，读写缓冲区都会一直等待数据达到一定大小才进行读写，因此，我们需要设置一个读写超时事件以防永远等待浪费资源。调用SetCommTimeouts()可以设置串口读写超时时间，GetCommTimeouts()可以获得当前的超时设置信息，一般先利用GetCommTimeouts获得当前超时信息到一个COMMTIMEOUTS结构，然后对这个结构自定义，再调用SetCommTimeouts()进行超时设置：
a.获取超时信息:
BOOL GetCommTimeouts(
_In_ HANDLE hFile,
_Out_ LPCOMMTIMEOUTS lpCommTimeouts
b.设置超时:
BOOL SetCommTimeouts(
_In_ HANDLE hFile,
_In_ LPCOMMTIMEOUTS lpCommTimeouts
);
c.超时设置信息结构体：
typedef struct _COMMTIMEOUTS {
DWORD ReadIntervalTimeout; //读两个字符间的事件间隔，若两个字符之间的读操作间隔超过此间隔则立即返回
DWORD ReadTotalTimeoutMultiplier; //读操作在读取每个字符时的超时
DWORD ReadTotalTimeoutConstant; //读操作的固定超时
DWORD WriteTotalTimeoutMultiplier; //写操作在写每个字符时的超时
DWORD WriteTotalTimeoutConstant; //写操作的固定超时
} COMMTIMEOUTS,*LPCOMMTIMEOUTS;
d.隔超时和总超时，间隔超时就是ReadIntervalTimeout，总超时= ReadTotalTimeoutConstant + ReadTotalTimeoutMultiplier*要读写的字符数。可以看出：间隔超时和总超时的设置是不相关的，写操作只支持总超时，而读操作两种超时均支持。比如：ReadTotalTimeoutMultiplier设为1000，其余成员为0，如果ReadFile()想要读取5个字符，则总的超时时间为1*5=5秒；ReadTotalTimeoutConstant设为5000，其余为0，则总的超时时间为5秒；ReadTotalTimeoutMultiplier设为1000并且ReadTotalTimeoutConstant设为5000，其余为0，如果ReadFile()想要读取5个字符，则总的超时间为1*5+5 =10秒。如果将ReadIntervalTimeout设为MAXDWORD，ReadTotalTimeoutMultiplier和ReadTotalTimeoutConstant都为0，则读操作会一次读入缓冲区的内容后立即返回，不管是否读入了指定字符。需要注意的是，用重叠方式读写串口时，SetCommTimeouts()仍然是起作用的，在这种情况下，超时规定的是I/O操作的完成时间，而不是ReadFile和WriteFile的返回时间。
2).SetupComm()函数用来设置串口的发送/接受缓冲区的大小，如果通信的速率较高，则应该设置较大的缓冲区。
BOOL WINAPI SetupComm(
__in HANDLE hFile,//串口句柄
__in DWORD dwInQueue,//输入缓冲区大小
__in DWORD dwOutQueue//输出缓冲区大小
);
3).函数GetCommState()和SetCommState()分别用来获得和设置串的配置信息，如波特率、校验方式、数据位个数、停止位个数等。一般也是先调用GetCommState()获得串口配置信息到一个DCB结构中去，再对这个结构自定义后调用SetCommState()进行设置。
BOOL WINAPI GetCommState(
__in HANDLE hFile,//串口句柄
__out LPDCB lpDCB//保存的串口配置信息
);
BOOL WINAPI SetCommState(
__in HANDLE hFile,//串口句柄
__in LPDCB lpDCB//设置的串口配置信息
);
a.DCB结构中几个比较重要的成员有：BaudRate(波特率)、fParity(指定奇偶校验使能)、Parity(校验方式)、ByteSize(数据位个数)、StopBits(停止位个数)。
b.BaudRate波特率常用的有CBR_9600、CBR_14400、CBR_19200、CBR_38400、CBR_56000、CBR_57600、CBR_115200、 CBR_128000、 CBR_256000。
c.fParity奇偶校验使能，若为1，则允许奇偶校验
d.ByteSize数据位个数可以为5~8位。
e.StopBits停止位可以为0~2，对应宏为ONESTOPBIT、ONE5STOPBITS、TWOSTOPBITS，表示1位停止位、1.5位停止位、2位停止位。
(4)读写串口:主要包括三部分内容:清空缓冲,清楚错误，读写串口数据
1).清空缓冲:串口第一次使用或者串口长时间没用，再次使用时。读写串口之前，都需要进行清空缓冲
BOOL PurgeComm(HANDLE hFile, DWORD dwFlags );
第二个参数dwFlags指定串口执行的动作，可以是以下值的组合：
-PURGE_TXABORT:停止目前所有的传输工作立即返回不管是否完成传输动作。
-PURGE_RXABORT:停止目前所有的读取工作立即返回不管是否完成读取动作。
-PURGE_TXCLEAR:清除发送缓冲区的所有数据。
-PURGE_RXCLEAR:清除接收缓冲区的所有数据。
如清除串口的所有操作和缓冲：PurgeComm(hComm, PURGE_RXCLEAR|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXABORT|PURGE_TXABORT);
2).清楚错误:清除通信错误以及获取当前通信状态。在读写操作之前，可以调用ClearCommError来清除错误和获得缓冲区内数据大小。
OOL WINAPI ClearCommError(
_In_ HANDLE hFile,//串口句柄
_Out_opt_ LPDWORD lpErrors,//返回的错误码
_Out_opt_ LPCOMSTAT lpStat//返回的通讯状态
);
pErrors用来保存错误码，具体对应的什么错误为：
-CE_BREAK:检测到中断信号。意思是说检测到某个字节数据缺少合法的停止位。
-CE_FRAME:硬件检测到帧错误。
-CE_IOE:通信设备发生输入/输出错误。
-CE_MODE:设置模式错误，或是hFile值错误。
-CE_OVERRUN:溢出错误，缓冲区容量不足，数据将丢失。
-CE_RXOVER:溢出错误。
-CE_RXPARITY:硬件检查到校验位错误。
-CE_TXFULL:发送缓冲区已满。
lpStat为指向_COMSTAT结构的指针，保存通讯状态。一般我们只关心这个结构中的两个成员：cbInQue、cbOutQue，分别表示输入缓冲区中的字节数、输出缓冲区中的字节数。
3).读写串口数据:WriteFile()向串口中写数据，ReadFile()从串口读数据
BOOL WINAPI ReadFile(
_In_ HANDLE hFile,//文件句柄
_Out_ LPVOID lpBuffer,//指向一个缓冲区，保存读取的数据
_In_ DWORD nNumberOfBytesToRead,//要读取数据的字节数，如果实际读取的字节数小于这个数的话函数会一直等待直到超时
_Out_opt_ LPDWORD lpNumberOfBytesRead,//实际读取的字节数
_Inout_opt_ LPOVERLAPPED lpOverlapped//指向一个OVERLAPPED结构，用于异步操作
);
BOOL WINAPI WriteFile(
_In_ HANDLE hFile,//文件句柄
_In_ LPCVOID lpBuffer,//指向一个缓冲区，包含要写入的数据
_In_ DWORD nNumberOfBytesToWrite,//要写入数据的字节数
_Out_opt_ LPDWORD lpNumberOfBytesWritten,//实际写入的字节数
_Inout_opt_ LPOVERLAPPED lpOverlapped//指向一个OVERLAPPEN结构体，用于异步操作
);
使用这两个函数进行串口读写时有两个地方需要注意：
第一点：如果想要异步读写操作，则lpOverlappen参数不能为NULL，而且在CreateFile()打开文件时应指定FILE_FLAG_OVERLAPPEN标记。在异步读写操作的时候，ReadFile()和WriteFile()返回FALSE时应调用GetLastError函数分析返回的结果，如果是ERROR_IO_PENDING，这说明异步I/O操作正在进行。
第二点：在用ReadFile()读文件时，如果想要读取的数据大小比文件内容大，则只会读取文件大小的数据。而读串口时，如果想要读取的数据比缓冲区中数据大，则ReadFile()会阻塞，直到数据到达或者超时。
另外还需要说明的是：函数WriteFileEx()与ReadFileEx()只能用于异步读写操作，而且可以设置一个读写完成后自动调用的回调函数，函数执行成功返回TRUE，表示异步I/O操作开始，出错返回FALSE。
3.异步读写串口：在串口编程中，可以先设置好串口所关注的事件，然后启动一个辅助线程来监听该事件是否已经发生，如果没有发生的话该线程就一直等待，当事件发生后，如读缓冲区中收到数据，该线程可以向主线程窗体发送对应事件消息提示进行读串口处理，或者在辅助线程中直接进行异步读写串口处理。
4.监听串口事件和异步读写串口:
(1)设置串口监听事件SetCommMask函数:
BOOL SetCommMask(HANDLE hFile, DWORD dwEvtMask);
参数：
hFile为串口句柄，
dwEvtMask为要监视的串口事件掩码，可以有以下位值：
EV_RXCHAR:输入缓冲区中收到数据
EV_TXEMPTY:输出缓冲区中的数据已被完全送出
EV_RXFLAG:使用SetCommState()函数设置的DCB结构中的事件字符已被传入输入缓冲区中
(2)事件设置好以后可以使用WaitCommEvent()来判断事件是否已经发生
BOOL WINAPI WaitCommEvent(_In_ HANDLE hFile,_Out_ LPDWORD lpEvtMask,_In_ LPOVERLAPPED lpOverlapped);
参数:
hFile：串口句柄
lpEvtMask:检测到串口通信事件的话就将其写入该参数中。
lpOverlapped：指向一个重叠结构，如果串口打开时指定了FILE_FLAG_OVERLAPPED标志 ，则改参数不能为NULL，且重叠结构中 应该包含一个事件对象对象句柄（通过CreateEvent()创建）。
如果不是异步读写的话，WaitCommEvent()会一直等待事件的发生，如果异步读写没有立即完成的话函数会直接返回FALSE，调用GetLastError()会返回ERROR_IO_PENDING
目前发现了一个BUG：如果CloseHandle()关闭串口的时候，WaitCommEvent()还在等待事件，那么程序就会出现卡死现象，而且在同步读写下很容易发生这种情况。 MSDN上说如果是重叠操作的话再次调用SetCommMask()改变事件掩码将会使WaitCommEvent()立即返回，但我试了下在同步读写情况下这种方法不管用，不知道重叠操作的情况是否真的管用！
5.异步读写串口
重叠模型是异步I/O方式中一种，所以可以使用重叠操作来实现异步读写串口。前面说过，如果重叠操作不能立即完成，则WaitCommEvent()返回FALSE，GetLastError()会返回ERROR_IO_PENDING，表示操作正在后台进行，在WaitCommEvent返回之前，参数重叠结构中的hEvent成员会被设置为无信号状态，如果当事件发生或错误发生时，其被设置为有信号状态，应用程序可以调用wait functions（WaitForSingleObject、WaitForSingleObjectEx等）来判断事件对象的状态，而WaitCommEvent()的参数lpEvtMask会保存具体发生的事件。
有两种方法可以等待或者判断重叠操作是否完成，一种是使用WaitForSingleObject()来等待读写函数中OVERLAPPED类型的参数的hEvent成员：当调用ReadFile, WriteFile 函数的时候，该成员会自动被置为无信号状态；当重叠操作完成后，该成员变量会自动被置为有信号状态。另一种方法是调用GetOverlappedResult()获得重叠操作的状态，来判断重叠操作是否完成，函数原型：
BOOL WINAPI GetOverlappedResult(HANDLE hFile,//文件句柄
LPOVERLAPPED lpOverlapped,//指向欲检查的重叠结构
LPDWORD lpNumberOfBytesTransferred,//返回重叠操作(读或写)的字节数
BOOL bWait
);
如果参数bWait为TRUE则函数会一直等待直到重叠结构中的hEvent变成有信号，即一直等到重叠操作完成；FALSE为如果检测到pending状态则立即返回，此时函数返回FALSE，GetLastError()返回值为ERROR_IO_INCOMPLETE。
