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Posted on 2006-07-18 13:01 江邊之鳥 閱讀(895) 評論(1) 編輯 收藏 引用
本文詳細介紹了串行通信的基本原理，以及在Windows NT、Win98環境下用MFC實現串口（COM）通信的方法：使用ActiveX控件或Win API.并給出用Visual C++6.0編寫的相應MFC32位應用程序。關鍵詞：串行通信、VC++6.0、ActiveX控件、Win API、MFC32位應用程序、事件驅動、非阻塞通信、多線程.
在Windows應用程序的開發中，我們常常需要面臨與外圍數據源設備通信的問題。計算機和單片機（如MCS-51）都具有串行通信口，可以設計相應的串口通信程序，完成二者之間的數據通信任務。
實際工作中利用串口完成通信任務的時候非常之多。已有一些文章介紹串口編程的文章在計算機雜志上發表。但總的感覺說來不太全面，特別是介紹32位下編程的更少，且很不詳細。筆者在實際工作中積累了較多經驗,結合硬件、軟件，重點提及比較新的技術，及需要注意的要點作一番探討。希望對各位需要編寫串口通信程序的朋友有一些幫助。
一．串行通信的基本原理
串行端口的本質功能是作為CPU和串行設備間的編碼轉換器。當數據從 CPU經過串行端口發送出去時，字節數據轉換為串行的位。在接收數據時，串行的位被轉換為字節數據。
在Windows環境（Windows NT、Win98、Windows2000）下，串口是系統資源的一部分。
應用程序要使用串口進行通信，必須在使用之前向操作系統提出資源申請要求（打開串口），通信完成后必須釋放資源（關閉串口）。
串口通信程序的流程如下圖：
二．串口信號線的接法
一個完整的RS-232C接口有22根線，采用標準的25芯插頭座（或者9芯插頭座）。25芯和9芯的主要信號線相同。以下的介紹是以25芯的RS-232C為例。
①主要信號線定義：
2腳：發送數據TXD； 3腳：接收數據RXD； 4腳：請求發送RTS； 5腳：清除發送CTS；
6腳：數據設備就緒DSR；20腳：數據終端就緒DTR； 8腳：數據載波檢測DCD；
1腳：保護地； 7腳：信號地。
②電氣特性：
數據傳輸速率最大可到20K bps,最大距離僅15m.
注：看了微軟的MSDN 6.0，其Windows API中關于串行通訊設備（不一定都是串口RS-232C或RS-422或RS-449）速率的設置，最大可支持到RS_256000，即256K bps! 也不知道到底是什么串行通訊設備？但不管怎樣，一般主機和單片機的串口通訊大多都在9600 bps,可以滿足通訊需求。
③接口的典型應用：
大多數計算機應用系統與智能單元之間只需使用3到5根信號線即可工作。這時，除了TXD、RXD以外，還需使用RTS、CTS、DCD、DTR、DSR等信號線。（當然，在程序中也需要對相應的信號線進行設置。）
圖 最簡單的RS232-C信號線接法
以上接法，在設計程序時，直接進行數據的接收和發送就可以了，不需要 對信號線的狀態進行判斷或設置。（如果應用的場合需要使用握手信號等，需要對相應的信號線的狀態進行監測或設置。）
三．16位串口應用程序的簡單回顧
16位串口應用程序中，使用的16位的Windows API通信函數:
① OpenComm() 打開串口資源，并指定輸入、輸出緩沖區的大小（以字節計）；
CloseComm() 關閉串口;
例：int idComDev;
idComDev = OpenComm("COM1", 1024, 128);
CloseComm(idComDev);
② BuildCommDCB() 、setCommState()填寫設備控制塊DCB，然后對已打開的串口進行參數配置;
例：DCB dcb;
BuildCommDCB("COM1:2400,n,8,1", &dcb);
SetCommState(&dcb);
③ ReadComm 、WriteComm()對串口進行讀寫操作，即數據的接收和發送.
例：char *m_pRecieve; int count;
ReadComm(idComDev,m_pRecieve,count);
Char wr[30]; int count2;
WriteComm(idComDev,wr,count2);
16位下的串口通信程序最大的特點就在于：串口等外部設備的操作有自己特有的API函數；而32位程序則把串口操作（以及并口等）和文件操作統一起來了，使用類似的操作。
四．在MFC下的32位串口應用程序
32位下串口通信程序可以用兩種方法實現：利用ActiveX控件；使用API 通信函數。
使用ActiveX控件，程序實現非常簡單，結構清晰，缺點是欠靈活；使用API 通信函數的優缺點則基本上相反。
以下介紹的都是在單文檔（SDI）應用程序中加入串口通信能力的程序。
㈠ 使用ActiveX控件：
VC++ 6.0提供的MSComm控件通過串行端口發送和接收數據，為應用程序提供串行通信功能。使用非常方便，但可惜的是，很少有介紹MSComm控件的資料。
⑴．在當前的Workspace中插入MSComm控件。
Project菜單------>Add to Project---->Components and Controls----->Registered
ActiveX Controls--->選擇Components: Microsoft Communications Control,
version 6.0 插入到當前的Workspace中。
結果添加了類CMSComm(及相應文件：mscomm.h和mscomm.cpp )。
⑵．在MainFrm.h中加入MSComm控件。
protected:
CMSComm m_ComPort;
在Mainfrm.cpp::OnCreare()中：
DWORD style=WS_VISIBLE|WS_CHILD;
if (!m_ComPort.Create(NULL,style,CRect(0,0,0,0),this,ID_COMMCTRL)){
TRACE0("Failed to create OLE Communications Control\n");
return -1; // fail to create
}
⑶.初始化串口
m_ComPort.SetCommPort(1); //選擇COM?
m_ComPort. SetInBufferSize(1024); //設置輸入緩沖區的大小，Bytes
m_ComPort. SetOutBufferSize(512); //設置輸入緩沖區的大小，Bytes//
if(!m_ComPort.GetPortOpen()) //打開串口
m_ComPort.SetPortOpen(TRUE);
m_ComPort.SetInputMode(1); //設置輸入方式為二進制方式
m_ComPort.SetSettings("9600,n,8,1"); //設置波特率等參數
m_ComPort.SetRThreshold(1); //為1表示有一個字符引發一個事件
m_ComPort.SetInputLen(0);
⑷．捕捉串口事項。MSComm控件可以采用輪詢或事件驅動的方法從端口獲取數據。我們介紹比較使用的事件驅動方法：有事件（如接收到數據）時通知程序。在程序中需要捕獲并處理這些通訊事件。
在MainFrm.h中：
protected:
afx_msg void OnCommMscomm();
DECLARE_EVENTSINK_MAP()
在MainFrm.cpp中：
BEGIN_EVENTSINK_MAP(CMainFrame,CFrameWnd )
ON_EVENT(CMainFrame,ID_COMMCTRL,1,OnCommMscomm,VTS_NONE)
//映射ActiveX控件事件
END_EVENTSINK_MAP()
⑸．串口讀寫. 完成讀寫的函數的確很簡單，GetInput()和SetOutput()就可。兩個函數的原型是：
VARIANT GetInput()；及 void SetOutput(const VARIANT& newValue);都要使用VARIANT類型（所有Idispatch::Invoke的參數和返回值在內部都是作為VARIANT對象處理的）。
無論是在PC機讀取上傳數據時還是在PC機發送下行命令時，我們都習慣于使用字符串的形式（也可以說是數組形式）。查閱VARIANT文檔知道，可以用BSTR表示字符串，但遺憾的是所有的BSTR都是包含寬字符，即使我們沒有定義_UNICODE_UNICODE也是這樣！ WinNT支持寬字符, 而Win95并不支持。為解決上述問題，我們在實際工作中使用CbyteArray，給出相應的部分程序如下：
void CMainFrame::OnCommMscomm(){
VARIANT vResponse; int k;
if(m_commCtrl.GetCommEvent()==2) {
k=m_commCtrl.GetInBufferCount(); //接收到的字符數目
if(k>0) {
vResponse=m_commCtrl.GetInput(); //read
SaveData(k,(unsigned char*) vResponse.parray->pvData);
} // 接收到字符，MSComm控件發送事件 }
。。。。。 // 處理其他MSComm控件
}
void CMainFrame::OnCommSend() {
。。。。。。。。 // 準備需要發送的命令，放在TxData[]中
CByteArray array;
array.RemoveAll();
array.SetSize(Count);
for(i=0;i<Count;i++)
array.SetAt(i, TxData[i]);
m_ComPort.SetOutput(COleVariant(array)); // 發送數據
}
請大家認真關注第⑷、⑸中內容，在實際工作中是重點、難點所在。
㈡ 使用32位的API 通信函數:
可能很多朋友會覺得奇怪：用32位API函數編寫串口通信程序，不就是把16位的API換成32位嗎？16位的串口通信程序可是多年之前就有很多人研討過了……
此文主要想介紹一下在API串口通信中如何結合非阻塞通信、多線程等手段，編寫出高質量的通信程序。特別是在CPU處理任務比較繁重、與外圍設備中有大量的通信數據時，更有實際意義。
⑴．在中MainFrm.cpp定義全局變量
HANDLE hCom; // 準備打開的串口的句柄
HANDLE hCommWatchThread ;//輔助線程的全局函數
⑵．打開串口，設置串口
hCom =CreateFile( "COM2", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, // 允許讀寫
0, // 此項必須為0
NULL, // no security attrs
OPEN_EXISTING, //設置產生方式
FILE_FLAG_OVERLAPPED, // 我們準備使用異步通信
NULL );
請大家注意，我們使用了FILE_FLAG_OVERLAPPED結構。這正是使用API實現非阻塞通信的關鍵所在。
ASSERT(hCom!=INVALID_HANDLE_VALUE); //檢測打開串口操作是否成功
SetCommMask(hCom, EV_RXCHAR|EV_TXEMPTY );//設置事件驅動的類型
SetupComm( hCom, 1024,512) ; //設置輸入、輸出緩沖區的大小
PurgeComm( hCom, PURGE_TXABORT | PURGE_RXABORT | PURGE_TXCLEAR
| PURGE_RXCLEAR ); //清干凈輸入、輸出緩沖區
COMMTIMEOUTS CommTimeOuts ; //定義超時結構，并填寫該結構
…………
SetCommTimeouts( hCom, &CommTimeOuts ) ;//設置讀寫操作所允許的超時
DCB dcb ; // 定義數據控制塊結構
GetCommState(hCom, &dcb ) ; //讀串口原來的參數設置
dcb.BaudRate =9600; dcb.ByteSize =8; dcb.Parity = NOPARITY;
dcb.StopBits = ONESTOPBIT ;dcb.fBinary = TRUE ;dcb.fParity = FALSE;
SetCommState(hCom, &dcb ) ; //串口參數配置
上述的COMMTIMEOUTS結構和DCB都很重要，實際工作中需要仔細選擇參數。
⑶啟動一個輔助線程，用于串口事件的處理。
Windows提供了兩種線程，輔助線程和用戶界面線程。區別在于：輔助線程沒有窗口，所以它沒有自己的消息循環。但是輔助線程很容易編程，通常也很有用。
在次，我們使用輔助線程。主要用它來監視串口狀態，看有無數據到達、通信有無錯誤；而主線程則可專心進行數據處理、提供友好的用戶界面等重要的工作。
hCommWatchThread=
CreateThread( (LPSECURITY_ATTRIBUTES) NULL, //安全屬性
0,//初始化線程棧的大小，缺省為與主線程大小相同
(LPTHREAD_START_ROUTINE)CommWatchProc, //線程的全局函數
GetSafeHwnd(), //此處傳入了主框架的句柄
0, &dwThreadID );
ASSERT(hCommWatchThread!=NULL);
⑷為輔助線程寫一個全局函數，主要完成數據接收的工作。請注意OVERLAPPED結構的使用，以及怎樣實現了非阻塞通信。
UINT CommWatchProc(HWND hSendWnd){
DWORD dwEvtMask=0 ;
SetCommMask( hCom, EV_RXCHAR|EV_TXEMPTY );//有哪些串口事件需要監視？
WaitCommEvent( hCom, &dwEvtMask, os );// 等待串口通信事件的發生
檢測返回的dwEvtMask，知道發生了什么串口事件：
if ((dwEvtMask & EV_RXCHAR) == EV_RXCHAR){ // 緩沖區中有數據到達
COMSTAT ComStat ; DWORD dwLength;
ClearCommError(hCom, &dwErrorFlags, &ComStat ) ;
dwLength = ComStat.cbInQue ; //輸入緩沖區有多少數據？
if (dwLength > 0) {
BOOL fReadStat ;
fReadStat = ReadFile( hCom, lpBuffer，dwLength, &dwBytesRead,
&READ_OS( npTTYInfo ) ); //讀數據
注:我們在CreareFile()時使用了FILE_FLAG_OVERLAPPED,現在ReadFile()也必須使用
LPOVERLAPPED結構.否則,函數會不正確地報告讀操作已完成了.
使用LPOVERLAPPED結構, ReadFile()立即返回,不必等待讀操作完成,實現非阻塞
通信.此時, ReadFile()返回FALSE, GetLastError()返回ERROR_IO_PENDING.
if (!fReadStat){
if (GetLastError() == ERROR_IO_PENDING){
while(!GetOverlappedResult(hCom,
&READ_OS( npTTYInfo ), & dwBytesRead, TRUE )){
dwError = GetLastError();
if(dwError == ERROR_IO_INCOMPLETE) continue；
//緩沖區數據沒有讀完，繼續
…… ……
::PostMessage((HWND)hSendWnd,WM_NOTIFYPROCESS,0,0);//通知主線程，串口收到數據 }
所謂的非阻塞通信，也即異步通信。是指在進行需要花費大量時間的數據讀寫操作（不僅僅是指串行通信操作）時，一旦調用ReadFile()、WriteFile(), 就能立即返回，而讓實際的讀寫操作在后臺運行；相反，如使用阻塞通信，則必須在讀或寫操作全部完成后才能返回。由于操作可能需要任意長的時間才能完成，于是問題就出現了。
非常阻塞操作還允許讀、寫操作能同時進行（即重疊操作?），在實際工作中非常有用。
要使用非阻塞通信，首先在CreateFile()時必須使用FILE_FLAG_OVERLAPPED；然后在 ReadFile()時lpOverlapped參數一定不能為NULL，接著檢查函數調用的返回值，調用GetLastError()，看是否返回ERROR_IO_PENDING。如是，最后調用GetOverlappedResult()返回重疊操作(overlapped operation)的結果;WriteFile()的使用類似。
⑸．在主線程中發送下行命令。
BOOL fWriteStat ; char szBuffer[count];
…………//準備好發送的數據，放在szBuffer[]中
fWriteStat = WriteFile(hCom, szBuffer, dwBytesToWrite,
&dwBytesWritten, &WRITE_OS( npTTYInfo ) ); //寫數據
注:我們在CreareFile()時使用了FILE_FLAG_OVERLAPPED,現在WriteFile()也必須使用 LPOVERLAPPED結構.否則,函數會不正確地報告寫操作已完成了.
使用LPOVERLAPPED結構,WriteFile()立即返回,不必等待寫操作完成,實現非阻塞 通信.此時, WriteFile()返回FALSE, GetLastError()返回ERROR_IO_PENDING.
int err=GetLastError();
if (!fWriteStat) {
if(GetLastError() == ERROR_IO_PENDING){
while(!GetOverlappedResult(hCom, &WRITE_OS( npTTYInfo ),
&dwBytesWritten, TRUE )) {
dwError = GetLastError();
if(dwError == ERROR_IO_INCOMPLETE){
// normal result if not finished
dwBytesSent += dwBytesWritten; continue; }
......................
綜上，我們使用了多線程技術，在輔助線程中監視串口，有數據到達時依靠事件驅動，讀入數據并向主線程報告（發送數據在主線程中，相對說來，下行命令的數據總是少得多）；并且，WaitCommEvent()、ReadFile()、WriteFile()都使用了非阻塞通信技術，依靠重疊（overlapped）讀寫操作，讓串口讀寫操作在后臺運行。
依托vc6.0豐富的功能，結合我們提及的技術，寫出有強大控制能力的串口通信應用程序。就個人而言，我更偏愛API技術，因為控制手段要靈活的多,功能也要強大得多。
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2007-03-29 09:03 by
hao ren a !!!
!ks a lot
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