文字轉自http://blog.csdn.net/liuzhuomju/article/details/7466542
在工業控制中，工控機（一般都基於Windows平臺）經常需要與智能儀表通過串口進行通信。串口通信方便易行，應用廣泛。
一般情況下，工控機和各智能儀表通過RS485總線進行通信。RS485的通信方式是半雙工的，只能由作爲主節點的工控PC機依次輪詢網絡上的各智能控制單元子節點。每次通信都是由PC機通過串口向智能控制單元發佈命令，智能控制單元在接收到正確的命令後作出應答。
在Win32下，可以使用兩種編程方式實現串口通信，其一是使用ActiveX控件，這種方法程序簡單，但欠靈活。其二是調用Windows的API函數，這種方法可以清楚地掌握串口通信的機制，並且自由靈活。本文我們只介紹API串口通信部分。
串口的操作可以有兩種操作方式：同步操作方式和重疊操作方式（又稱爲異步操作方式）。同步操作時，API函數會阻塞直到操作完成以後才能返回（在多線程方式中，雖然不會阻塞主線程，但是仍然會阻塞監聽線程）；而重疊操作方式，API函數會立即返回，操作在後臺進行，避免線程的阻塞。
無論那種操作方式，一般都通過四個步驟來完成：（1） 打開串口（2） 配置串口（3） 讀寫串口
（4） 關閉串口
（1） 打開串口 Win32系統把文件的概念進行了擴展。無論是文件、通信設備、命名管道、郵件槽、磁盤、還是控制檯，都是用API函數CreateFile來打開或創建的。該函數的原型爲：
HANDLE CreateFile( LPCTSTR lpFileName,
DWORD dwDesiredAccess,
DWORD dwShareMode,
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes,
DWORD dwCreationDistribution,
DWORD dwFlagsAndAttributes,
HANDLE hTemplateFile);
- lpFileName：將要打開的串口邏輯名，如“COM1”；
- dwDesiredAccess：指定串口訪問的類型，可以是讀取、寫入或二者並列；
- dwShareMode：指定共享屬性，由於串口不能共享，該參數必須置爲0；
- lpSecurityAttributes：引用安全性屬性結構，缺省值爲NULL；
- dwCreationDistribution：創建標誌，對串口操作該參數必須置爲OPEN_EXISTING；
- dwFlagsAndAttributes：屬性描述，用於指定該串口是否進行異步操作，該值爲FILE_FLAG_OVERLAPPED，表示使用異步的I/O；該值爲0，表示同步I/O操作；
- hTemplateFile：對串口而言該參數必須置爲NULL；
同步I/O方式打開串口的示例代碼：
HANDLE hCom; //全局變量，串口句柄
hCom=CreateFile(L“COM1:”,//COM1口
GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, //允許讀和寫
0, //獨佔方式
NULL,
OPEN_EXISTING, //打開而不是創建
0, //同步方式
NULL);
if(hCom==(HANDLE)-1)
{
AfxMessageBox("打開COM失敗!");
return FALSE;
}
return TRUE;
重疊I/O打開串口的示例代碼：
HANDLE hCom; //全局變量，串口句柄
hCom =CreateFile("COM1", //COM1口
GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, //允許讀和寫
0, //獨佔方式
NULL,
OPEN_EXISTING, //打開而不是創建
FILE_ATTRIBUTE_NORMAL|FILE_FLAG_OVERLAPPED, //重疊方式
NULL);
if(hCom ==INVALID_HANDLE_VALUE)
{
AfxMessageBox("打開COM失敗!");
return FALSE;
}
return TRUE;
（2）、配置串口
在打開通訊設備句柄後，常常需要對串口進行一些初始化配置工作。這需要通過一個DCB結構來進行。DCB結構包含了諸如波特率、數據位數、奇偶校驗和停止位數等信息。在查詢或配置串口的屬性時，都要用DCB結構來作爲緩衝區。
一般用CreateFile打開串口後，可以調用GetCommState函數來獲取串口的初始配置。要修改串口的配置，應該先修改DCB結構，然後再調用SetCommState函數設置串口。
DCB結構包含了串口的各項參數設置，下面僅介紹幾個該結構常用的變量：
typedef struct _DCB{
………
//波特率，指定通信設備的傳輸速率。這個成員可以是實際波特率值或者下面的常量值之一：
DWORD BaudRate;
CBR_110，CBR_300，CBR_600，CBR_1200，CBR_2400，CBR_4800，CBR_9600，CBR_19200， CBR_38400，
CBR_56000， CBR_57600， CBR_115200， CBR_128000， CBR_256000， CBR_14400
DWORD fParity; // 指定奇偶校驗使能。若此成員爲1，允許奇偶校驗檢查
…
BYTE ByteSize; // 通信字節位數，4—8
BYTE Parity; //指定奇偶校驗方法。此成員可以有下列值：
EVENPARITY 偶校驗 NOPARITY 無校驗
MARKPARITY 標記校驗 ODDPARITY 奇校驗
BYTE StopBits; //指定停止位的位數。此成員可以有下列值：
ONESTOPBIT 1位停止位 TWOSTOPBITS 2位停止位
ONE5STOPBITS 1.5位停止位
………
} DCB;
winbase.h文件中定義了以上用到的常量。如下：
#define NOPARITY 0
#define ODDPARITY 1
#define EVENPARITY 2
#define ONESTOPBIT 0
#define ONE5STOPBITS 1
#define TWOSTOPBITS 2
#define CBR_110 110
#define CBR_300 300
#define CBR_600 600
#define CBR_1200 1200
#define CBR_2400 2400
#define CBR_4800 4800
#define CBR_9600 9600
#define CBR_14400 14400
#define CBR_19200 19200
#define CBR_38400 38400
#define CBR_56000 56000
#define CBR_57600 57600
#define CBR_115200 115200
#define CBR_128000 128000
#define CBR_256000 256000
GetCommState函數可以獲得COM口的設備控制塊，從而獲得相關參數：
BOOL GetCommState(
HANDLE hFile, //標識通訊端口的句柄
LPDCB lpDCB //指向一個設備控制塊（DCB結構）的指針
);
SetCommState函數設置COM口的設備控制塊：
BOOL SetCommState(
HANDLE hFile,
LPDCB lpDCB
);
除了在BCD中的設置外，程序一般還需要設置I/O緩衝區的大小和超時。Windows用I/O緩衝區來暫存串口輸入和輸出的數據。如果通信的速率較高，則應該設置較大的緩衝區。調用SetupComm函數可以設置串行口的輸入和輸出緩衝區的大小。
BOOL SetupComm(
HANDLE hFile, // 通信設備的句柄
DWORD dwInQueue, // 輸入緩衝區的大小（字節數）
DWORD dwOutQueue // 輸出緩衝區的大小（字節數）
);
在用ReadFile和WriteFile讀寫串行口時，需要考慮超時問題。超時的作用是在指定的時間內沒有讀入或發送指定數量的字符，ReadFile或WriteFile的操作仍然會結束。
要查詢當前的超時設置應調用GetCommTimeouts函數，該函數會填充一個COMMTIMEOUTS結構。調用SetCommTimeouts可以用某一個COMMTIMEOUTS結構的內容來設置超時。
讀寫串口的超時有兩種：間隔超時和總超時。間隔超時是指在接收時兩個字符之間的最大時延。總超時是指讀寫操作總共花費的最大時間。寫操作只支持總超時，而讀操作兩種超時均支持。用COMMTIMEOUTS結構可以規定讀寫操作的超時。
COMMTIMEOUTS結構的定義爲：
typedef struct _COMMTIMEOUTS {
DWORD ReadIntervalTimeout; //讀間隔超時
DWORD ReadTotalTimeoutMultiplier; //讀時間係數
DWORD ReadTotalTimeoutConstant; //讀時間常量
DWORD WriteTotalTimeoutMultiplier; // 寫時間係數
DWORD WriteTotalTimeoutConstant; //寫時間常量
} COMMTIMEOUTS,*LPCOMMTIMEOUTS;
COMMTIMEOUTS結構的成員都以毫秒爲單位。總超時的計算公式是：
總超時＝時間係數×要求讀/寫的字符數＋時間常量
例如，要讀入10個字符，那麼讀操作的總超時的計算公式爲：
讀總超時＝ReadTotalTimeoutMultiplier×10＋ReadTotalTimeoutConstant
可以看出：間隔超時和總超時的設置是不相關的，這可以方便通信程序靈活地設置各種超時。
如果所有寫超時參數均爲0，那麼就不使用寫超時。如果ReadIntervalTimeout爲0，那麼就不使用讀間隔超時。如果ReadTotalTimeoutMultiplier 和 ReadTotalTimeoutConstant 都爲0，則不使用讀總超時。如果讀間隔超時被設置成MAXDWORD並且讀時間係數和讀時間常量都爲0，那麼在讀一次輸入緩衝區的內容後讀操作就立即返回，而不管是否讀入了要求的字符。
在用重疊方式讀寫串口時，雖然ReadFile和WriteFile在完成操作以前就可能返回，但超時仍然是起作用的。在這種情況下，超時規定的是操作的完成時間，而不是ReadFile和WriteFile的返回時間。
配置串口的示例代碼：
SetupComm(hCom,1024,1024); //輸入緩衝區和輸出緩衝區的大小都是1024
COMMTIMEOUTS TimeOuts;
//設定讀超時
TimeOuts.ReadIntervalTimeout=1000;
TimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier=500;
TimeOuts.ReadTotalTimeoutConstant=5000;
//設定寫超時
TimeOuts.WriteTotalTimeoutMultiplier=500;
TimeOuts.WriteTotalTimeoutConstant=2000;
SetCommTimeouts(hCom,&TimeOuts); //設置超時
DCB dcb;
GetCommState(hCom,&dcb);
dcb.BaudRate=9600; //波特率爲9600
dcb.ByteSize=8; //每個字節有8位
dcb.Parity=NOPARITY; //無奇偶校驗位
dcb.StopBits=TWOSTOPBITS; //兩個停止位
SetCommState(hCom,&dcb);
PurgeComm(hCom,PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);
在讀寫串口之前，還要用PurgeComm()函數清空緩衝區，該函數原型：
BOOL PurgeComm(
HANDLE hFile, //串口句柄
DWORD dwFlags // 需要完成的操作
);
參數dwFlags指定要完成的操作，可以是下列值的組合：
PURGE_TXABORT 中斷所有寫操作並立即返回，即使寫操作還沒有完成。
PURGE_RXABORT 中斷所有讀操作並立即返回，即使讀操作還沒有完成。
PURGE_TXCLEAR 清除輸出緩衝區
PURGE_RXCLEAR 清除輸入緩衝區
（3）、讀寫串口
我們使用ReadFile和WriteFile讀寫串口，下面是兩個函數的聲明：
BOOL ReadFile(
HANDLE hFile, //串口的句柄
// 讀入的數據存儲的地址，
// 即讀入的數據將存儲在以該指針的值爲首地址的一片內存區
LPVOID lpBuffer,
DWORD nNumberOfBytesToRead, // 要讀入的數據的字節數
// 指向一個DWORD數值，該數值返回讀操作實際讀入的字節數
LPDWORD lpNumberOfBytesRead,
// 重疊操作時，該參數指向一個OVERLAPPED結構，同步操作時，該參數爲NULL。
LPOVERLAPPED lpOverlapped
);
BOOL WriteFile(
HANDLE hFile, //串口的句柄
// 寫入的數據存儲的地址，
// 即以該指針的值爲首地址的nNumberOfBytesToWrite
// 個字節的數據將要寫入串口的發送數據緩衝區。
LPCVOID lpBuffer,
DWORD nNumberOfBytesToWrite, //要寫入的數據的字節數
// 指向指向一個DWORD數值，該數值返回實際寫入的字節數
LPDWORD lpNumberOfBytesWritten,
// 重疊操作時，該參數指向一個OVERLAPPED結構，
// 同步操作時，該參數爲NULL。
LPOVERLAPPED lpOverlapped
);
在用ReadFile和WriteFile讀寫串口時，既可以同步執行，也可以重疊執行。在同步執行時，函數直到操作完成後才返回。這意味着同步執行時線程會被阻塞，從而導致效率下降。在重疊執行時，即使操作還未完成，這兩個函數也會立即返回，費時的I/O操作在後臺進行。
ReadFile和WriteFile函數是同步還是異步由CreateFile函數決定，如果在調用CreateFile創建句柄時指定了 FILE_FLAG_OVERLAPPED標誌，那麼調用ReadFile和WriteFile對該句柄進行的操作就應該是重疊的；如果未指定重疊標誌，則讀寫操作應該是同步的。ReadFile和WriteFile函數的同步或者異步應該和CreateFile函數相一致。
ReadFile函數只要在串口輸入緩衝區中讀入指定數量的字符，就算完成操作。而WriteFile函數不但要把指定數量的字符拷入到輸出緩衝區，而且要等這些字符從串行口送出去後纔算完成操作。
如果操作成功，這兩個函數都返回TRUE。需要注意的是，當ReadFile和WriteFile返回FALSE時，不一定就是操作失敗，線程應該調用GetLastError函數分析返回的結果。例如，在重疊操作時如果操作還未完成函數就返回，那麼函數就返回FALSE，而且 GetLastError函數返回ERROR_IO_PENDING。這說明重疊操作還未完成。
同步方式讀寫串口比較簡單，下面先例舉同步方式讀寫串口的代碼：
//同步讀串口
char str[100];
DWORD wCount;//讀取的字節數
BOOL bReadStat;
bReadStat=ReadFile(hCom,str,100,&wCount,NULL);
if(!bReadStat)
{
AfxMessageBox("讀串口失敗!");
return FALSE;
}
return TRUE;
//同步寫串口
char lpOutBuffer[100];
DWORD dwBytesWrite=100;
COMSTAT ComStat;
DWORD dwErrorFlags;
BOOL bWriteStat;
ClearCommError(hCom,&dwErrorFlags,&ComStat);
bWriteStat=WriteFile(hCom,lpOutBuffer,dwBytesWrite,& dwBytesWrite,NULL);
if(!bWriteStat)
{
AfxMessageBox("寫串口失敗!");
}
PurgeComm(hCom, PURGE_TXABORT|
PURGE_RXABORT|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);
在重疊操作時,操作還未完成函數就返回。
重疊I/O非常靈活，它也可以實現阻塞（例如我們可以設置一定要讀取到一個數據才能進行到下一步操作）。有兩種方法可以等待操作完成：一種方法是用象 WaitForSingleObject這樣的等待函數來等待OVERLAPPED結構的hEvent成員；另一種方法是調用 GetOverlappedResult函數等待，後面將演示說明。
下面我們先簡單說一下OVERLAPPED結構和GetOverlappedResult函數：
OVERLAPPED結構
OVERLAPPED結構包含了重疊I/O的一些信息，定義如下：
typedef struct _OVERLAPPED { // o
DWORD Internal;
DWORD InternalHigh;
DWORD Offset;
DWORD OffsetHigh;
HANDLE hEvent;
} OVERLAPPED;
在使用ReadFile和WriteFile重疊操作時，線程需要創建OVERLAPPED結構以供這兩個函數使用。線程通過OVERLAPPED結構獲得當前的操作狀態，該結構最重要的成員是hEvent。hEvent是讀寫事件。當串口使用異步通訊時，函數返回時操作可能還沒有完成，程序可以通過檢查該事件得知是否讀寫完畢。
當調用ReadFile, WriteFile 函數的時候，該成員會自動被置爲無信號狀態；當重疊操作完成後，該成員變量會自動被置爲有信號狀態。
GetOverlappedResult函數
BOOL GetOverlappedResult(
HANDLE hFile, // 串口的句柄
// 指向重疊操作開始時指定的OVERLAPPED結構
LPOVERLAPPED lpOverlapped,
// 指向一個32位變量，該變量的值返回實際讀寫操作傳輸的字節數。
LPDWORD lpNumberOfBytesTransferred,
// 該參數用於指定函數是否一直等到重疊操作結束。
// 如果該參數爲TRUE，函數直到操作結束才返回。
// 如果該參數爲FALSE，函數直接返回，這時如果操作沒有完成，
// 通過調用GetLastError()函數會返回ERROR_IO_INCOMPLETE。
BOOL bWait
);
該函數返回重疊操作的結果，用來判斷異步操作是否完成，它是通過判斷OVERLAPPED結構中的hEvent是否被置位來實現的。
異步讀串口的示例代碼：
char lpInBuffer[1024];
DWORD dwBytesRead=1024;
COMSTAT ComStat;
DWORD dwErrorFlags;
OVERLAPPED m_osRead;
memset(&m_osRead,0,sizeof(OVERLAPPED));
m_osRead.hEvent=CreateEvent(NULL,TRUE,FALSE,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) //如果ReadFile函數返回FALSE
{
if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING)
//GetLastError()函數返回ERROR_IO_PENDING,表明串口正在進行讀操作
{
WaitForSingleObject(m_osRead.hEvent,2000);
//使用WaitForSingleObject函數等待，直到讀操作完成或延時已達到2秒鐘
//當串口讀操作進行完畢後，m_osRead的hEvent事件會變爲有信號
PurgeComm(hCom, PURGE_TXABORT|
PURGE_RXABORT|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);
return dwBytesRead;
}
return 0;
}
PurgeComm(hCom, PURGE_TXABORT|
PURGE_RXABORT|PURGE_TXCLEAR|PURGE_RXCLEAR);
return dwBytesRead;
對以上代碼再作簡要說明：在使用ReadFile 函數進行讀操作前，應先使用ClearCommError函數清除錯誤。ClearCommError函數的原型如下：
BOOL ClearCommError(
HANDLE hFile, // 串口句柄
LPDWORD lpErrors, // 指向接收錯誤碼的變量
LPCOMSTAT lpStat // 指向通訊狀態緩衝區
);
該函數獲得通信錯誤並報告串口的當前狀態，同時，該函數清除串口的錯誤標誌以便繼續輸入、輸出操作。
參數lpStat指向一個COMSTAT結構，該結構返回串口狀態信息。 COMSTAT結構 COMSTAT結構包含串口的信息，結構定義如下：
typedef struct _COMSTAT { // cst
DWORD fCtsHold : 1; // Tx waiting for CTS signal
DWORD fDsrHold : 1; // Tx waiting for DSR signal
DWORD fRlsdHold : 1; // Tx waiting for RLSD signal
DWORD fXoffHold : 1; // Tx waiting, XOFF char rec''d
DWORD fXoffSent : 1; // Tx waiting, XOFF char sent
DWORD fEof : 1; // EOF character sent
DWORD fTxim : 1; // character waiting for Tx
DWORD fReserved : 25; // reserved
DWORD cbInQue; // bytes in input buffer
DWORD cbOutQue; // bytes in output buffer
} COMSTAT, *LPCOMSTAT;
本文只用到了cbInQue成員變量，該成員變量的值代表輸入緩衝區的字節數。
最後用PurgeComm函數清空串口的輸入輸出緩衝區。
這段代碼用WaitForSingleObject函數來等待OVERLAPPED結構的hEvent成員，下面我們再演示一段調用GetOverlappedResult函數等待的異步讀串口示例代碼：
char lpInBuffer[1024];
DWORD 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) //如果ReadFile函數返回FALSE
{
if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING)
{
GetOverlappedResult(hCom,
&m_osRead,&dwBytesRead,TRUE);
// GetOverlappedResult函數的最後一個參數設爲TRUE，
//函數會一直等待，直到讀操作完成或由於錯誤而返回。
return dwBytesRead;
}
return 0;
}
return dwBytesRead;