Win32串口编程
转自csdn大牛johnny
在工业控制中，工控机（一般都是基于windows平台）与智能仪表一般通过RS485进行通信。RS485的通信方式是半双工的，每次通信都是由PC机通过串口向智能控制单元发布命令，智能控制单元在接收到正确的命令后做出应答。
在win32(32位的windows环境)下，可以通到使用ActiveX控件或者Windows的API函数这两种编程方式实现串口通信。
串口有两种操作方式：同步操作和异步操作(重叠操作)。同步操作时，API函数会阻塞直至操作完成以后才返回，而异步操作，API函数会立即返回，操作在后台运行，避免线程的阻塞。
两种方式，都要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，都用API函数CreateFile来打开和创建。
HANDLE CreateFile(LPCTSTR lpFileName, DWORD dwDesiredAccess, DWORD dwShareMode, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes,
DWORD dwCreationDistribution, DWORD dwFlagsAndAttributes, 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，可以使读取、写入或者二者并列
dwShareMode 指定共享属性，由于串口不能共享，该参数必须为0
lpSecurityAttributes 引用安全性属性结构，缺省为NULL
dwCreationDistribution 创建标志，对串口操作必须设置为OPEN_EXSITING
dwFlagsAndAtttibutes 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方式打开串口示例代码：
HANDLE hCom = CreateFile("COM1", GENERIC_WRITE|GENERIC_READ, 0, NULL, OPEN_EXSITING, 0);
if(hCom == (HANDLE)-1) {AfxMessageBox("打开COM失败！"); return FALSE;} return TRUE;
异步I/O方式打开串口示例代码：
HANDLE hCom = CreateFile("COM1", GENERIC_WRITE|GENERIC_READ, 0, NULL, OPEN_EXSITING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL|FILE_FLAG_OVERLAPPED);
if(hCom == INVALID_HANDLE_VALUE) {AfxMessageBox("打开COM失败！"); return FALSE;} return TRUE;
2.配置串口
在打开设备句柄后，常常要对串口进行一些初始化配置工作。这需要通过一个DCB结构来进行。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。在查询和配置串口的属性时，都要用DCB结构作为缓冲区。
一般打开串口后，可以调用GetCommState函数来获取串口的初始配置。要修改串口配置，应先修改DCB结构，然后再调用SetCommState函数设置串口。
DCB结构(Device Control Block)结构定义了串口通信设备的控制设置。
typedef struct _DCB
{ ......
DWORD BaudRate; //波特率
DWORD fParity; //指定奇偶校验使能（1为允许奇偶校验）
BYTE ByteSize; //通信字节位数，4-8
BYTE Parity; //指定1奇偶校验方法
BYTE StopBits; //指定停止位的位数
}DCB;
GetCommState函数可以获得COM口的设备控制块，从未获得相关参数
BOOL GetCommState(HANDLE hFile, LPDCB lpDCB);
BOOL SetCommState(HANDLE hFile, LPDCB lpDCB);
除了DCB中的设置外，程序一般还需要设置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输出的数据。如果通信的速率较高，则应设置较大的缓冲区。调用SetupComm函数可以设置串行口的输入和输出缓存区的大小。
BOOL SetupComm(HANDLE hFile, DWORD dwInQueue, DWORD dwOutQueue);
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和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COMMTIMEOUTS结构来设置超时。
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花费的最大时间。写操作只支持总超时，而读操作两种均支持。
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;
读总超时＝ReadTotalTimeoutMultiplier×10＋ReadTotalTimeoutConstant (ms)
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。
配置串口的示例代码:
SetupComm(hCom,1024,1024); //输入输出缓存区的大小都是1024
COMMTIMEOUTS TimeOuts;
TimeOuts.ReadIntervalTimeout = 1000;
TimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier = 500;
TimeOuts.ReadTotalTimeoutConstant = 5000;
TimeOuts.WriteTotalTimeoutMultiplier = 500;
TimeOuts.WriteTotalTimeoutConstant = 2000;
SetCommTimeouts(hCom,&TimeOuts);
DCB dcb;
GetCommState(hCom,&dcb);
dcb.BaudRate = 9600; dcb.ByteSize = 8; dcb.Parity = NOPARITY; dcb.stopBits = TWOSTOPBITS;
SetCommState(hCom,&dcb);
PurgeComm(hCom,PURGE_TXCLEAR|PURGE_PXCLEAR);
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
3.读写串口
我们使用ReadFile和WriteFile读写串口，下面是两个函数的声明:
BOOL ReadFile
(
HANDLE hFile, //串口的句柄
LPVOID lpBuffer, //读入的数据存储的地址
DWORD nNumberOfBytesToRead, //要读入的数据的字节数
LPDWORD lpNumberOfBytesRead, //该数值返回读操作实际读入的字节数
LPOVERLAPPED lpOverlapped //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。
);
BOOL WriteFile
(
HANDLE hFile,
LPCVOID lpBuffer,
DWORD nNumberOfBytesToWrite, //要写入的数据的字节数
LPDWORD lpNumberOfBytesWritten, //该数值返回实际写入的字节数
LPOVERLAPPED lpOverlapped //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。
);
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。
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。
同步方式读写串口比较简单，下面给出以同步方式读写串口的代码：
//同步读串口
char str[100]; DWORD dwCount; BOOL bReadState;
bReadState = ReadFile(hCom, str, 100, &dwCount, NULL);
if(!bReadState)
{
AfxMessageBox("读取串口失败！");
return FALSE;
}
char lpOutBuffer[10];
DWORD dwBytesWrite = 100;
BOOL bWriteState;
COMSTAT ComStat; DWORD dwErrorFlags;
ClearCommError(hCom,&dwErrorFlags,&ComStat); //此函数清除硬件的通讯错误以及获取通讯设备的当前状态
bWriteState = WriteFile(hCom, lpOutBuffer, dwBytesWrite, &dwByteWrite, NULL);
if(!bWriteState)
AfxMessageBox("写串口失败！");
PurgeComm(hCom, PURGE_TXABORT|PURGE_WXABORT|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);
在重叠时，操作还未完成函数就返回。但重叠I/O也可实现阻塞(如我们设置一定要读取一个数据才能进行下一步操作)。有两种方法可以等待操作完成:一种是使用WaitForSingleObject这样的等待函数来等待OVERLAPPED结构的hEvent成员;另一种方法是调用GetOverlappedResult函数等待。
在使用ReadFile和WriteFile重叠操作时，线程需要创建OVERLAPPED结构以供这两个函数使用。当串口使用异步通讯时，函数返回时操作可能还没完成，程序可以检查OVERLAPPED结构中的hEvent成员来获取当前的操作状态。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。
BOOL GetOverlappedResult(HANDLE hFile, LPOVERLAPPED lpOverlapped, LPDWORD lpNumberOfBytesTransferred, BOOL bWait)
BOOL bwait // 该参数用于指定函数是否一直等到重叠操作结束。 // 如果该参数为TRUE，函数直到操作结束才返回。 // 如果该参数为FALSE，函数直接返回，这时如果操作没有完成， // 通过调用GetLastError()函数会返回ERROR_IO_INCOMPLETE。
异步读串口的示例代码：
char lpInbuffer[1024];
DWORD dwBytesRead = 1024;
OVERLAPPED m_osRead;
COMSTAT ComStat; DWORD dwErrorFlags;
memset(&m_osread, 0, sizeof(OVERLAPPED));
m_osRead.hEvent = CreateEvent(NULL, FALSE, TRUE, NULL);
ClearCommError(hCom,&dwErrorFlags,&ComStat);
dwBytesRead = min(dwBytesRead,(DWORD)ComStat.cbInQue);
if(!dwBytesRead)
return FALSE;
BOOL bReadStatus;
bReadStatus = ReadFile(hCom, lpInBuffer, dwBytesRead, &dwBytesRead, &m_osRead);
if(!bReadStatus)
{
if(GetLastERROR() == ERROR_IO_PENDING) //串口正在进行读操作
{
WaitForSingleObject(m_osRead.hEvent, 2000); //等待，直至读操作完成或延时已达到两秒
PurgeComm(hCom,PURGE_TXABORT|PURGE_RXABORT|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);
return dwBytesRead;
}
return 0;
}
PurgeComm(hCom, PURGE_TXABORT|PURGE_RXABORT|PURGE_TXCLEARPURGE_RXCLEAR);
return dwBytesRead;
在使用ReadFile函数进行操作前，应先使用ClearCommError函数清除错误。此函数清除硬件的通讯错误以及获取通讯设备的当前状态。
BOOL ClearCommError
（
HANDLE hFile;
LPDWORD lpErrors; //指向接受错误码的变量
LPCOMSTAT lpstat; //指向通讯状态缓冲区
）;
其中COMSTAT结构体中的cbINque成员变量代表输入缓冲区的字节数。
下面是使用GetOverLappedResult函数等待的异步读串口示例代码：
char lpInBuffer[1024];
DOWRD dwBytesRead = 1024;
BOOL bReadStatus;
DWORD dwErrorFlags; COMSTAT ComStat;
OVERLAPPED m_osRead;
ClearCommError(hCom, &dwErrorFlags, &ComStat);
if(ComStat.cbInQue)
return 0;
dwBytesRead = min(dwBytesRead, (DWORD)ComStat.cbInQue);
bReadStatus = ReadFile(hCom, lpInBuffer, dwBytesRead, &dwBytesRead, &m_osRead);
if(!bReadStatus)
{
if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING)
{
GetOverlappedResult(hCom, &m_osRead, &dwBytesRead, TRUE);
//最后一个参数设为TRUE，函数会一直等待，直到读操作完成或由于错误而返回。
return dwBytesRead;
}
return 0;
}
return dwBytesRead;
异步写串口的示例代码
char buffer[1024];
DWORD dwBytesWritten = 1024;
OVERLAPPED m_osWrite;
DWORD dwErrorFlags; COMSTAT ComStat;
BOOL bWriteStatus;
bWriteStatus = WriteFile(hCom, buffer, dwBytesWritten, &dwBytesWritten, &m_osWrite);
if(!bWriteStatus)
{
if(GetLastError() == ERROR_IO_PENDING)
{
WaitForSingleObject(m_osWrite.hEvent, 1000);
return dwBytesWritten;
}
return 0;
}
return dwBytesWritten;
4.关闭串口
只需使用CreateFile函数返回的句柄作为参数调用CloseHandle即可;
