VC 6.0實現串列通訊的三種方法

---- 摘要： 本文介紹了在Windows平台下串列通訊的實現機制，討論了根據不同的條件用Visual C++ 設計串列通訊程式的三種方法，並結合實際，實現對溫度資料的接收監控。

---- 在實驗室和工業應用中，串口是常用的電腦與外部串列裝置之間的資料轉送通道，由於串列通訊方便易行，所以應用廣泛。依據不同的條件實現對串口的靈活編程式控制制是我們所需要的。

---- 在光學鏡片鍍膜工藝中，用單片機進行多路溫度資料擷取控制，採集結果以串列方式進入主機，每隔10S向主機發送一次採樣資料，主機向單片機發送相關的控制命令，實現串列資料接收，處理，記錄，顯示，即時繪製曲線。串列通訊程式開發環境為 VC++ 6.0。

---- Windows下串列通訊

---- 與以往DOS下串列通訊程式不同的是，Windows不提倡應用程式直接控制硬體，而是通過Windows作業系統提供的裝置驅動程式來進行資料傳遞。串列口在Win 32中是作為檔案來進行處理的，而不是直接對連接埠進行操作，對於串列通訊，Win 32 提供了相應的檔案I/O函數與通訊函數，通過瞭解這些函數的使用，可以編製出符合不同需要的通訊程式。與通訊裝置相關的結構有COMMCONFIG ，COMMPROP，COMMTIMEOUTS，COMSTAT，DCB，MODEMDEVCAPS，MODEMSETTINGS共7個，與通訊有關的Windows API函數共有26個，詳細說明可參考MSDN協助檔案。以下將結合執行個體，給出實現串列通訊的三種方法。

---- 實現串列通訊的三種方法

---- 方法一：使用VC++提供的串列通訊控制項MSComm 首先，在對話方塊中建立通訊控制項，若Control工具列中缺少該控制項，可通過菜單Project --> Add to Project --> Components and Control插入即可，再將該控制項從工具箱中拉到對話方塊中。此時，你只需要關心控制項提供的對 Windows 通訊驅動程式的 API 函數的介面。換句話說，只需要設定和監視MSComm控制項的屬性和事件。

---- 在ClassWizard中為新建立的通訊控制項定義成員對象（CMSComm m_Serial），通過該對象便可以對串口屬性進行設定，MSComm 控制項共有27個屬性，這裡只介紹其中幾個常用屬性：

---- CommPort 設定並返回通訊連接埠號碼，預設為COM1。

---- Settings 以字串的形式設定並返回傳輸速率、同位、資料位元、停止位。

---- PortOpen 設定並返回通訊連接埠的狀態，也可以開啟和關閉連接埠。

---- Input 從接收緩衝區返回和刪除字元。

---- Output 向發送緩衝區寫一個字串。

---- InputLen 設定每次Input讀入的字元個數，預設值為0，表明讀取接收緩衝 區中的全部內容。

---- InBufferCount 返回接收緩衝區中已接收到的字元數，將其置0可以清除接收緩 沖區。

---- InputMode 定義Input屬性擷取資料的方式（為0：文本方式；為1：二進位方式）。

---- RThreshold 和 SThreshold 屬性，表示在 OnComm 事件發生之前，接收緩衝區或發送緩衝區中可以接收的字元數。

---- 以下是通過設定控制項屬性對串口進行初始化的執行個體：

BOOL
CSampleDlg:: PortOpen()
{ BOOL m_Opened;
...... m_Serial.SetCommPort(2);
// 指定串口號 m_Serial.SetSettings("4800,N,8,1");
// 通訊參數設定 m_Serial.SetInBufferSize(1024);
// 指定接收緩衝區大小 m_Serial.SetInBufferCount(0);
// 清空接收緩衝區 m_Serial.InputMode(1);
// 設定資料擷取方式 m_Serial.SetInputLen(0);
// 設定讀取方式 m_Opened=m_Serail.SetPortOpen(1);
// 開啟指定的串口
return m_Opened;
}

---- 開啟所需串口後，需要考慮串口通訊的時機。在接收或發送資料過程中，可能需要監視並響應一些事件和錯誤，所以事件驅動是處理序列埠互動作用的一種非常有效方法。使用 OnComm 事件和 CommEvent 屬性捕捉並檢查通訊事件和錯誤的值。發生通訊事件或錯誤時，將觸發 OnComm 事件，CommEvent 屬性的值將被改變，應用程式檢查 CommEvent 屬性值並作出相應的反應。在程式中用ClassWizard為CMSComm控制項添加OnComm訊息處理函數：

void CSampleDlg::OnComm()
{ ...... switch(m_Serial.GetCommEvent())
{
case 2:
// 串列口資料接收，處理；
} }

---- 方法二：在單線程中實現自訂的串口通訊類

---- 控制項簡單易用，但由於必須拿到對話方塊中使用，在一些需要線上程中實現通訊的應用場合，控制項的使用顯得捉襟見肘。此時，若能夠按不同需要定製靈活的串口通訊類將彌補控制項的不足，以下將介紹如何在單線程中建立自訂的通訊類。

---- 該通訊類CSimpleComm需手動加入標頭檔與源檔案，其基類為CObject，大致建立步驟如下：

---- (1) 開啟串口，擷取串口資源控制代碼

---- 通訊程式從CreateFile處指定串口裝置及相關的操作屬性。再返回一個控制代碼，該控制代碼將被用於後續的通訊操作，並貫穿整個通訊過程。CreateFile()函數中有幾個值得注意的參數設定：串口共用方式應設為0，串口為不可共用裝置；建立方式必須為OPEN_EXISTING,即開啟已有的串口。對於dwFlagAndAttribute參數，對串口有意義的值是FILE_FLAG_OVERLAPPED，該標誌表明串口採用非同步通訊模式，可進行重疊操作；若值為NULL，則為同步通訊方式，在同步方式下，應用程式將始終控製程序流，直到程式結束，若遭遇通訊故障等因素，將導致應用程式的永久等待，所以一般多採用非同步通訊。

---- （2）串口設定

---- 串口開啟後，其屬性被設定為預設值，根據具體需要，通過調用GetCommState(hComm,&dcb)讀取當前串口裝置控制塊DCB（Device Control Block）設定，修改後通過SetCommState(hComm,&dcb)將其寫入。再需注意非同步讀寫的逾時控制設定， 通過COMMTIMEOUTS結構設定逾時，調用SetCommTimeouts(hComm,&timeouts)將結果寫入。以下是溫度監控程式中串口初始化成員函數：

BOOL CSimpleComm::Open( )
{
DCB dcb;
m_hIDComDev=CreateFile( "COM2", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0,NULL,OPEN_EXISTING,FILE_ATTRIBUTE_ NORMAL|FILE_FLAG_OVE
RLAPPED, NULL );
// 開啟串口，非同步作業
if( m_hIDComDev == NULL ) return( FALSE );
dcb.DCBlength = sizeof( DCB );
GetCommState( m_hIDComDev, &dcb );
// 獲得連接埠預設設定 dcb.BaudRate=CBR_4800;
dcb.ByteSize=8;
dcb.Parity= NOPARITY;
dcb.StopBits=(BYTE) ONESTOPBIT;
...... }

---- （3）串口讀寫操作

---- 主要運用ReadFile（）與WriteFile（）API函數，若為非同步通訊方式，兩函數中最後一個參數為指向OVERLAPPED結構的非null 指標，在讀寫函數傳回值為FALSE的情況下，調用GetLastError（）函數，傳回值為ERROR_IO_PENDING，表明I/O操作懸掛，即操作轉入後台繼續執行。此時，可以用WaitForSingleObject()來等待結束訊號並設定最長等待時間，舉例如下：

BOOL bReadStatus;
bReadStatus = ReadFile( m_hIDComDev, buffer,
dwBytesRead, &dwBytesRead, &m_OverlappedRead );
if(!bReadStatus) {
if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING)
{ WaitForSingleObject(m_OverlappedRead.hEvent,1000);
return ((int)dwBytesRead);
}
return(0); }
return ((int)dwBytesRead);

---- 定義全域變數m_Serial作為建立通訊類CSimpleComm的對象，通過調用類的成員函數即可實現所需串列通訊功能。與方法一相比，方法二賦予串列通訊程式設計較大的靈活性，連接埠的讀寫可選擇較簡單的查詢式，或通過設定與外設資料發送時間間隔TimeCycle相同的定時器：SetTimer(1,TimeCycle,NULL)，進行定時讀取或發送。

CSampleView:: OnTimer(UINT nIDEvent)
{
char InputData[30];
m_Serial.ReadData(InputData,30);
// 資料處理
}

---- 若對連接埠資料的回應時間要求較嚴格，可採用事件驅動I/O讀寫，Windows定義了9種串口通訊事件，較常用的有：

---- EV_RXCHAR: 接收到一個位元組，並放入輸入緩衝區。

---- EV_TXEMPTY: 輸出緩衝區中的最後一個字元發送出去。

---- EV_RXFLAG: 接收到事件字元(DCB結構中EvtChar成員)，放入輸入緩衝區。

---- 在用SetCommMask()指定了有用的事件後，應用程式可調用WaitCommEvent()來等待事件的發生。SetCommMask(hComm,0)可使WaitCommEvent()中止。

---- 方法三 多線程下實現串列通訊

---- 方法一，二適用於單線程通訊。在很多工業控制系統中，常通過擴充串口串連多個外設，各外設發送資料的重複頻率不同，要求後台即時無差錯捕捉，採集，處理，記錄各連接埠資料，這就需要在自訂的串列通訊類中建立連接埠監視線程，以便在指定的事件發生時向相關的視窗發送通知訊息。

---- 線程的基本概念可詳見VC++參考書目，Windows內部的搶先發送器在活動的線程之間分配CPU時間，Win 32 區分兩種不同類型的線程，一種是使用介面執行緒UI（User Interface Thread）,它包含訊息迴圈或訊息泵，用於處理接收到的訊息；另一種是背景工作執行緒（Work Thread），它沒有訊息迴圈，用於執行背景工作。用於監視串口事件的線程即為背景工作執行緒。

---- 多線程通訊類的編寫在連接埠的配置，串連部分與單線程通訊類相同，在連接埠配置完畢後，最重要的是根據實際情況，建立多線程之間的同步對象，如號誌，臨界區，事件等，相關細節可參考VC++ 中的同步類。

---- 一切就緒後即可啟動背景工作執行緒：

CWinThrea *CommThread = AfxBegin Thread(CommWatchThread,
// 線程函數名 (LPVOID) m_pTTYInfo,
// 傳遞的參數 THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL,
// 設定線程優先順序 (UINT) 0,
// 最大堆棧大小 (DWORD) CREATE_SUSPENDED ,
// 建立標誌 (LPSECURITY_ATTRIBUTES) NULL);
// 安全性標誌

---- 同時，在串口事件監視線程中：

if(WaitCommEvent(pTTYInfo->idComDev,&dwEvtMask,NULL))
{ if((dwEvtMask & pTTYInfo->dwEvtMask )== pTTYInfo->dwEvtMask)
{ WaitForSingleObject(pTTYInfo->hPostEvent,0xFFFFFFFF);
ResetEvent(pTTYInfo->hPostEvent);
// 置同步事件對象為非訊號態
::PostMessage(CSampleView,ID_COM1_DATA,0,0);
// 發送通知訊息 }
}

---- 用PostMessage()向指定視窗的訊息佇列發送通知訊息，相應地，需要在該視窗建立訊息與成員函數間的映射，用ON_MESSAGE將訊息與成員函數名關聯。

BEGIN_MESSAGE_MAP(CSampleView, CView)
//{{AFX_MSG_MAP(CSampleView) ON_MESSAGE(ID_COM1_DATA, OnProcessCom1Data)
ON_MESSAGE(ID_COM2_DATA, OnProcessCom2Data)
.....
//}}AFX_MSG_MAP END_MESSAGE_MAP()

---- 然後在各成員函數中完成對各串口資料的接收處理，但必須保證在下一次監測到有資料到來之前，能夠完成所有的中間處理工作。否則將造成資料的捕捉錯誤。

---- 多線程的實現可以使得各連接埠獨立，準確地實現串列通訊，使串口通訊具有更廣泛的靈活性與嚴格性，且充分利用了CPU時間。但在具體的即時監控系統中如何協調多個線程，線程之間以何種方式實現同步也是在多線程串列通訊程式實現的痛點。

---- 以VC++ 6.0 為工具，實現串列通訊的三種方法各有利弊，

---- 根據不同需要，選擇合適的方法，將達到事半功倍的效果。在溫度監控系統中，筆者採用了方法二，在Window 98 ,Windows 95 上運行穩定，取得了良好的效果