|
最近本人在做有关串口通信的编程，可谓边学边用，在网上看到一篇好文，将它翻译过来，大家一起学习，其中有翻译错误的地方，还请多多指教！ 这是一篇在Windows (NT 系列) 系统上进行串口通信的入门资料。在这篇资料中提供了一个CSerialCommHelper的类，该类可以被直接放在你的应用程序中，用于串口通信。需要提出的是，该类使用了重叠IO，而本文并不需要你过多的知道串口通信和重叠IO，但是你需要知道一些关于象事件之类的同步对象和一些象WaitForSingleObject和WaitForMultipleObject的Windows API函数。另外，一些windows基础的线程知识，如线程创建和线程结束，也是很必要的。 要使你的电脑具有串口通信的功能，你的电脑必须有串口。大多数电脑上都至少有一个串口，它们通常被称作COM1口和COM2口。有了串口，就有设备驱动程序。只要你仔细思考一下，串口通信所做的就是发送和接受数据，换句话说，你所作的一切就是在对串口进行IO的输入/输出，同时也在对磁盘文件进行IO操作。所以，当我们看见那些用于读写文件的API函数也被用于串口编程的时候，也就没什么人惊讶的了。当你向串口发送数据时，数据以字节为单位发送；当它离开串口时，数据以位为单位发送。同样，当数据到达串口时，数据以位为单位发送，当从串口获取数据后，数据的格式又是字节。 打开串口 串口通信的第一步是打开指定的串口。你可以让你的设备连接上串口COM1，你可以通过以下API函数来打开串口： HANDLE m_hCommPort = ::CreateFile(szPortName, 对于Windows系统来说，串口和磁盘文件都是IO设备。因此，要打开一个已经存在的文件（串口），我们所需要做的就是知道这个设备的名称（COM1），然后传入创建标签OPEN_EXISTING。 如果成功打开了一个COM串口，象成功打开了一个文件一样，API函数将返回指向该串口的句柄。当串口打开失败时，API函数也会返回值INVALID_HANDLE_VALUE。你可以调用GetLastError来获取失败的原因。最常见的一个失败原因是该串口已经被其它应用程序打开，其错误代码为ERROR_ACCESS_DENIED(5)。同样，如果你错误地打开了一个不存在的串口，通过GetLastError，你将获取错误代码ERROR_FILE_NOT_FOUND。 注意：不要在调用GetLastError之前调用其它函数(ASSERT也不行)，否则它的返回值为0。 打开一个串口之后，你现在所要做的就是开始使用。 串口的读/写 现在你已经打开了一个串口，你一定想向串口连接的设备发送数据。例如，你想向连接的设备（另外一台电脑）发送“Hello”信息。当你向串口发送信息时，你所做的操作就和向文件中写入数据一样。使用以下API函数： BOOL iRet = WirteFile(m_hCommPort, data, dwSize, &dwBytesWritten, &ov); 为了能够回应“Hello”信息，接受方发送“Hi”。因此，你需要读取串口信息，使用以下API函数： BOOL iRet = ReadFile(m_hCommPort, szTmp, sizeof(szTmp), &dwBytesRead, &ovRead); 其他你需要了解的东西我将在以后的内容中讨论。现在所了解的一切看起来都很简单，对吧！ 关于串口通信的若干问题 上面我们提到，为了回应你发送的“Hello”信息，设备会发送回“Hi”信息，然后你将读取这个信息。但是现在的问题是你不知道设备会在什么时候做出回应，或者设备更本就不会回应，你应该在何时开始对串口进行读操作。其中一个方案是一旦你调用了WriteFile，你立即调用ReadFile。如果没有数据可读取，那么你得接着进行读操作。这会导致所谓的循环检查--循环检查串口，看是否有数据传入。这种模式看上去的确不是一种好模式。如果系统能够在数据接入时以某种方式通知你，并且你只在那时调用ReadFile，岂不是更好。这种模式以事件驱动，正符合Windows编程的一般方法论。幸好，这种模式是可能实现的。 串口通信的另外一个问题是，既然它们是两个设备进行通信，那么这两个设备就必须在如何通信上达成协议。每一边都必须遵守一定的协议来工作。既然实现通信的正是串口，我们要配置的就是串口。以下的API函数就是要达到这一目的： BOOL SetCommState( HANDLE hFile, LPDCB lpDCB); 第一个参数是COM口的句柄，第二个参数是就是所谓的设备控制块。DCB是一个结构，这个结构在winbase.h中被定义，它包含有28个成员变量。例如，我们需要COM口工作的波特率，我们就需要设置它的成员变量BaudRate。波特率一般在9600bps。但是两个设备必须在同一波特率下工作。同样，如果你想进行奇偶校验，你需要设置它的成员变量Parity。并且，两个设备必须使用同一个奇偶校验。它的部分成员变量是保留的且必须被设置为0。以下的代码是获取当前的dcb，并对部分字段进行设置： DCB dcb = {0}; 事件驱动 回到我们开始时遇到的读取数据的问题。如果我们不想通过循环检查COM口来获取数据，那么我们就得拥有某种事件机制。值得庆幸的是，有一个途径允许你要求系统在特定的事件发生时通知你。调用的API函数： BOOL SetCommMask(HANDLE hHandle, DWORD dwEvtMask) 第一个参数是COM口的句柄，第二个参数是用于设置你所关心的事件掩体。需要在列表中设置的事件取决于应用程序的需要。简而言之，比如，我们关心一个字符什么时候到达串口，那么我们就将掩体设置为EV_RXCHAR作为事件掩体。同样，如果我们想知道什么时候所有的数据发送完毕，我们要将事件掩体设置为EV_TXEMPTY。那么，得出调用方式为： SetCommMask(m_hCommPort, EV_RXCHAR | EV_TXEMPTY); 在这里，有趣的事情是，虽然我们告诉系统我们关心的事件，但是我们并没有告诉系统当这些事件发生后，系统该做什么。就像系统是如何让我们知道特定的事件发生了一样，很明显，我们需要的是回调机制。但是这个机制没有现成的。此时，事情变得有点狡猾。为了让系统通知我们通信事件什么时候发生，我们得调用WaitCommEvent。这个函数将等待SetCommMask中设置的事件。但是如果你再仔细思考一下，现在看起来我们又从事件通知机制回到开始的循环检查机制。WaitCommEvent将阻塞线程知道有事件产生。那么我们为什么要使用他呢？答案就在于重叠IO。以下是WaitCommEvent的函数原型： BOOL WaitCommEvent(HANDLE hCommPort, LPDWORD dwEvtMask, LPOVERLAPPED lpOverlapped); 第三个参数就是关键。 你可以把重叠IO看成是异步IO。不论你什么时候执行函数调用，设置重叠IO的结构，那都是在对当前的IO进行操作，但是如果你不能立即完成这个操作，那么告诉我你什么时候能够完成它。让系统告诉你完成操作完成的方法是设置Kenerl的事件对象，而这个对象是lpOverlapped结构的一部分。那么你说要做的就是创建一个线程，通过WaitForSingleObject API函数，让这个线程等待事件对象。下面是overlapped结构： typedef struct _OVERLAPPED{ 其中，最后一个参数就是需要你设置的事件处理句柄。 你可以将重叠IO设想成异步IO。无论什么时候调用函数设置重叠结构，那都意味着执行当前的调用操作，但是如果你不能立即结束调用，那请告诉我你什么时候完成对IO的调用操作。让系统告诉你IO操作完成的方发是设置Kenerl的事件对象，事件对象是lpOverlapped结构的一部分。所以你所要做的就是创建一个线程，通过API函数WaitForSingleObject，让这个线程等待事件对象的触发。以下是重叠结构： typedef struct _OVERLAPPED{ 最后一个参数就是你需要设置的事件句柄。这个事件通常是手动设置的。当你调用WaitCommEvent时，传入一个重叠结构作为最后一个参数。而此时系统并不会完成调用，这就意味着当前没有数据到达串口，因此WaitCommEvent会立即返回，只是返回值为FALSE。如果你调用GetLastError，你会获得错误代码ERROR_IO_PENDING，它的意思是调用被接受，但是还没有数据到达串口。同时，这也意味着无论何时有数据到达串口，系统都会设置传入重叠结构中的hEvent。 在当前的案例中，既然我们关心的是不止一个事件，我们需要检查我们通过调用GetCommMask获得了什么事件，并且还要检查每个事件的DWORD类型参数。我们通过以下伪代码来进行进一步分析（你可以从COM口读取数据，重置事件，再次调用WaitCommEvent等等） unsigned __stdcall CSerialCommHelper::ThreadFn(void *pvParam) 上面的伪代码是用重叠IO工作的简单例子。 一旦我们接受到了有数据抵达的消息后我们就得读取数据。在这里值得注意的是，当数据抵达串口时，它被拷贝到系统缓存。只有当你用系统API函数，如ReadFile读取它之后，该系统缓存才会被清空。象其它缓存一样，系统缓存的空间也是有限的。所以，如果你不尽快从系统缓存中将数据读出，只要有其它数据达到，系统缓存很快就会被塞满。 那么对于接下来到达的数据会发生什么了，这取决于SetCommState的参数配置。通常情况下，应用程序在应用层要做一些握手操作，但是你也可以通过配置，让串口在缓存塞满事件发生后，不再接受任何数据。但是这已经超出了本文的讨论范畴。在可能的情况下，让应用程序在应用层进行握手检查，即在收到第一数据块的Ok回应之前，不再发送下一数据块。这种握手检查的执行，一般通过ACK/NAK 和ENQ协议完成。 为了让我们能够读取数据，我们要使用API函数ReadFile，设置读取数据的长度。比如，我们正在监视数据的到达，并且有长度为10的字符串到达了串口。只要第一个字符到达了串口，系统就会设置重叠结构的事件对象(ov.hEvent)，并跳出WaitForSingleObject，并且返回。那么我们应该读取多少数据，1字节还是10字节？其工作原理如下： 当一个或多个字符到达串口时，重叠结构的事件对象只被设置一次。例如，现在你进行了一次读操作，并且读取了一个字符。当你读取完成后，你最后要重置重叠结构的事件对象。现在，你可能会想起WaitCommEvent，但它返回的是false，因为没有新的字符到达。因此，你不可能再读取更多的字符串。现在又有其它字符到达，系统会设置重叠结构的事件对象，然后你读取一个或多个字符串，但是现在所读取的数据实际上是上次达到的数据。很明显，这里还存在问题。 那么如何解决这个问题。最容易的解决方法是当你获得了一个字符到达的消息，你就要读取串口的所有字符串。接下来还有问题，读取多少呢？答案是通过循环读取所有的字符，以下是通过ReadFile读取字符的伪代码： WaitCommEvent(m_hCommPort, &dwEventMask, &ov); 下面介绍一下ReadFile： BOOL ReadFile( HANDLE hFile, //文件句柄 第一个参数是串口句柄，最后一个参数是重叠结构。当然，我们要创建一个手动重置的事件，并把重叠结构作为参数传给ReadFile函数。 正如你看的的那样，ReadFile的参数nNumberOfBytesRead返回读取的字节数。如果没有数据留下，那么nNumberOfBytesRead返回0。比如说，到达了11字节，而你在第一次循环中读取了10字节。在第一次循环中，nNumberOfBytesRead返回10，在第二次循环中，nNumberOfBytesRead返回1，在第三次循环中，返回0，然后你会让程序挑出while循环。 你可以通过这种方式读取所有数据。在这种方法中，你会发现我们并没有用到重叠结构的优势，但是我们仍然将它作为参数传给ReadFile，那是因为我们的COM口是通过重叠方式打开的。 最后，如果你要向其它设备发送信息，你只需要调用WriteFile。WriteFile就不必在这里讨论了。 在我们继续讨论的时候，还有一件事情值得让我们注意，那就是通信超时。让各个部分运转起来，设置超时很重要。设置超时的API： SetCommTimeouts( HANDLE hCommPort, LPCOMMTIMEOUTS lpCommTimeOuts); typedef struct _COMMTIMEOUTS{ COMMTIMEOUTS是一个结构，在MSDN中可以查询到它的更多信息。“...ReadTotalTimeoutConstant和ReadTotalTimeoutMultiplier的值为0，意味着读操作立即结束，返回读取的数据，尽管没有接受到数据...” 这个结构的设置正是我们所需要的。因为我们不希望在调用ReadFile时，在没有数据的情况下，程序被WaitCommEvent卡住。 然后，是下面的代码： COMMTIMEOUTS timeouts;
|
|
|
