c++串口小结

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串口小结

一、            概念

串行接口简称串口，也称串行通信接口或串行通讯接口（通常指COM接口），是采用

串行通信方式的扩展接口。

串行接口 (Serial Interface) 是指数据一位一位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信（可以直接利用电话线作为传输线），从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。串行通讯的特点是：数据位的传送，按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成；成本低但传送速度慢。串行通讯的距离可以从几米到几千米；根据信息的传送方向，串行通讯可以进一步分为单工、半双工和全双工三种。

二、            使用

在Windows中串口被当做一种文件来看待，因此对它的创建也就和对文件的创建方式

是一致的。

       m_hComDev = CreateFile((LPCTSTR)strComName.c_str(),

        GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, //能对设备进行读写

        0, NULL, OPEN_EXISTING, //设备不存在则创建失败

        FILE_ATTRIBUTE_NORMAL | FILE_FLAG_OVERLAPPED,

        NULL);

       需要注意其中参数FILE_FLAG_OVERLAPPED通知操作系统对该文件的操作采取异步I/O的方式。

       在创建设备句柄时通常需要对其设置许多属性，比如说串口读取超时时间、初始化通信缓冲区、设置串口的波特率、校验、停止位、数据位等等。

（1）    读取超时时间设置

在用ReadFile和WriteFile读写串行口时，需要考虑超时问题。如果在指定的时间

内没有读出或写入指定数量的字符，那么ReadFile或WriteFile的操作就会结束。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可以用某一个COMMTIMEOUTS结构的内容来设置超时。有两种超时：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共花费的最大时间。写操作只支持总超时，而读操作两种超时均支持。

用COMMTIMEOUTS结构可以规定读/写操作的超时，该结构的定义为：

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;

COMMTIMEOUTS结构的成员都以毫秒为单位。

ReadIntervalTimeout：两字符之间最大的延时，当读取串口数据时，一旦两个字符传输的时间差超过该时间，读取函数将返回现有的数据。设置为0表示该参数不起作用。指定时间最大值（毫秒），允许接收的2个字节间有时间差。也就是说，刚接收了一个字节后，等了ReadIntervalTimeout时间后还没有新的字节到达，就认为本次读串口操作结束（后面的字节等下一次读取操作来处理）。即使你想读8个字节，但读第2个字节后，过了ReadIntervalTimeout时间后，第3个字节还没到。实际上就只读了2个字节。

ReadTotalTimeoutMultiplier：指定比例因子（毫秒），实际上是设置读取一个字节和等待下一个字节所需的时间，这样总的超时时间为读取的字节数乘以该值，同样一次读取操作到达这个时间后，也认为本次读操作己经结束。

ReadTotalTimeoutConstant：一次读取串口数据的固定超时。所以在一次读取串口的操作中，其超时为ReadTotalTimeoutMultiplier乘以读取的字节数再加上 ReadTotalTimeoutConstant。将ReadIntervalTimeout设置为MAXDWORD，并将ReadTotalTimeoutMultiplier 和ReadTotalTimeoutConstant设置为0，表示读取操作将立即返回存放在输入缓冲区的字符。可以理解为一个修正时间，实际上就是按ReadTotalTimeoutMultiplier计算出的超时时间再加上该时间才作为整个超时时间。

WriteTotalTimeoutMultiplier：写入每字符间的超时。

WriteTotalTimeoutConstant：一次写入串口数据的固定超时。所以在一次写入串口的操作中，其超时为WriteTotalTimeoutMultiplier乘以写入的字节数再加上 WriteTotalTimeoutConstant

一般都会做以下设置：

TimeOuts.ReadIntervalTimeout=MAXDWORD;

// 把间隔超时设为最大，把总超时设为0将导致ReadFile立即返回并完成操作

TimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier=0;

//读时间系数

TimeOuts.ReadTotalTimeoutConstant=0;

//读时间常量

TimeOuts.WriteTotalTimeoutMultiplier=50;

//总超时=时间系数*要求读/写的字符数+时间常量

TimeOuts.WriteTotalTimeoutConstant=2000;

//设置写超时以指定WriteComm成员函数中的

总超时的计算公式是：

总超时=时间系数×要求读/写的字符数 + 时间常量

例如，如果要读入10个字符，那么读操作的总超时的计算公式为：

读总超时=ReadTotalTimeoutMultiplier×10 + ReadTotalTimeoutConstant

可以看出，间隔超时和总超时的设置是不相关的，这可以方便通信程序灵活地设置各种超时。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并且两个读总超时为0，那么在读一次输入缓冲区中的内容后读操作就立即完成，而不管是否读入了要求的字符。在用重叠方式读写串行口时，虽然ReadFile和WriteFile在完成操作以前就可能返回，但超时仍然是起作用的。在这种情况下，超时规定的是操作的完成时间，而不是ReadFile和WriteFile的返回时间。

（2）    设置串口的波特率、校验、停止位、数据位

GetCommState 读取串口设置(波特率,校验,停止位,数据位等).

函数声明：

BOOL GetCommState(

HANDLE hFile,

LPDCB lpDCB

);

GetCommState函数的第一个参数hFile是由CreateFile函数返回指向已打开串行口的句柄。第二个参数指向设备控制块DCB。如果函数调用成功，则返回值为非0；若函数调用失败，则返回值为0。

当应用程序仅仅需要修改一部分串行口的配置值时，可以通过GetCommState函数获得当前的DCB结构，然后更改参数，再调用SetCommState函数设置修改过的DCB来配置串行口。

（3）    指定一组监视通信设备的事件

BOOL SetCommMask(HANDLE hFile, //标识通信端口的句柄

DWORD dwEvtMask //能够使能的通信事件

);

参数说明：-hFile：串口句柄

-dwEvtMask：准备监视的串口事件掩码

串口上可能发生的事件如下表所示：

EV_BREAK：收到BREAK信号。

EV_CTS：CTS(clear to send)线路发生变化。

EV_DSR：DST(Data Set Ready)线路发生变化。

EV_ERR：线路状态错误，包括了CE_FRAME / CE_OVERRUN / CE_RXPARITY 3种错误。

EV_RING：检测到振铃信号。

EV_RLSD：CD(Carrier Detect)线路信号发生变化。

EV_RXCHAR：输入缓冲区中已收到数据，即接收到一个字节并放入输入缓冲区。

EV_RXFLAG：使用SetCommState()函数设置的DCB结构中的等待字符已被传入输入缓冲区中。

EV_TXEMPTY：输出缓冲区中的数据已被完全送出。

另外，可以通过SetCommMask(hFile,0)来清除该通讯设备的所有事件

可以通过WaitCommEvent(__in HANDLEhFile,

__out LPDWORDlpEvtMask,

__in LPOVERLAPPEDlpOverlapped

);

等待串口上事件的发生以作相应的处理。

（4）    初始化指定通信设备的通信参数

SetupComm

该函数初始化一个指定的通信设备的通信参数。

BOOL SetupComm（

HANDLE hFile，

DWORD dwInQueue，

DWORD dwOutQueue

）;

参数

hFile

[IN]通讯设备句柄。

CreateFile函数返回此句柄。

dwInQueue

[in]指定推荐的大小，以字节为单位，对设备的内部输入缓冲区。

dwOutQueue

[in]指定推荐的大小，以字节为单位，对设备的内部输出缓冲区。

返回值

非零表示成功。零表示失败。要获得更多错误信息，调用GetLastError函数

通常实际编程的时候，首先需要清空缓冲区，然后在设置缓冲区大小。清空缓冲区

可以用PurgeComm()函数进行。

PurgeComm()函数--清空缓冲区

该函数原型：

BOOL PurgeComm(HANDLE hFile,DWORD dwFlags )

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 终止所有正在进行的字符输出操作,完成一个正处于等待状态的重叠i/o操作,他将产生一个事件,指明完成了写操作

PURGE_RXABORT 终止所有正在进行的字符输入操作,完成一个正在进行中的重叠i/o操作,并带有已设置得适当事件

PURGE_TXCLEAR 这个命令指导设备驱动程序清除输出缓冲区，经常与PURGE_TXABORT 命令标志一起使用

PURGE_RXCLEAR 这个命令用于设备驱动程序清除输入缓冲区，经常与PURGE_RXABORT 命令标志一起使用

（5）    等待串口事件发生

BOOL WINAPI WaitCommEvent(

__in HANDLEhFile,

__out LPDWORDlpEvtMask,

__in LPOVERLAPPEDlpOverlapped

);      

hFile：指向通信设备的一个句柄，该句柄应该是由 CreateFile函数返回的。

lpEvtMask：一个指向DWORD的指针。如果发生错误，pEvtMask指向0，否则指向以下的某一事件

lpOverlapped：指向OVERLAPPED结构体的一个指针。如果hFile是用异步方式打开的（在CreateFile（）函数中，第三个参数设置为FILE_FLAG_OVERLAPPED），lpOverlapped不能指向一个空OVERLAPPED结构体，而是与Readfile（）和WriteFile（）中的OVERLAPPED参数为同一个参数。如果hFile是用异步方式打开的，而lpOverlapped指向一个空的OVERLAPPED结构体，那么函数会错误地报告，等待的操作已经完成（而此时等待的操作可能还没有完成）。

如果hFile是用异步方式打开的，而lpOverlapped指向一个非空的OVERLAPPED结构体，那么函数WaitCommEvent被默认为异步操作，马上返回。这时，OVERLAPPED结构体必须包含一个由CreateEvent（）函数返回的手动重置事件对象的句柄hEven。

如果hFile是用同步方式打开的，那么函数WaitCommEvent不会返回，直到要等待的事件发生。

返回值：

如果函数成功，返回非零值，否则返回0。要得到错误信息，可以调用GetLastError函数。

备注：

WaitCommEvent函数为指定的通信资源监听一系列的Event,这些Event可以由SetcommMask和GetcommMask函数来设置和查询。

如果异步操作不能马上完成，那么该函数会返回一个FALSE，同时GetLastError函数可以截获错误码ERROR_IO_PENDING（#define ERROR_IO_PENDING 997），表示操作转到后台运行。在WaitCommEvent函数返回之前，系统将OVERLAPPED结构中的hEven句柄设置为无信号状态；当WaitCommEvent函数所等待的任何一个Event发生后，系统将OVERLAPPED结构中的hEven句柄设置为有信号状态，同时将所发生事件赋给lpEvtMask。

父进程可以根据lpEvtMask来做出相应的事件处理，然后也可以调用GetOverlappedResult函数来判断WaitCommEvent的操作是否成功。

如果WaitCommEvent函数在后台运行的时候，进程企图想通过SetcommMask函数来改变当前设备的Event，那么WaitCommEvent函数马上返回，lpEvtMask指向0。

Windows系统利用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，ClearCommError函数声明如下：

BOOL ClearCommError(

HANDLE hFile,

LPDWORD lpErrors,

LPCOMSTAT lpStat

);

ClearCommError函数的第一个参数hFile是由CreateFile函数返回指向已打开串行口的句柄。第二个参数指向定义了错误类型的32位变量。第三个参数指向一个返回设备状态的控制块COMSTAT。如果函数调用成功，则返回值为非0；若函数调用失败，则返回值为0

下面附上一小段用重叠I/O操作的串口代码

int CDevImp::Connect(char * lpszURL)
{
    SD_TRACE("opencom URL=%s", lpszURL);
    string strComName;
    int nBaudRate = 0;          //波特率
    int nDataBits = 0;          //数据位
    int nStopBits = 0;          //停止位

    ParseUrlParam(lpszURL, strComName, nBaudRate, nDataBits, nStopBits);
    SD_INFO("串口名称: %s, 波特率: %d, 数据位: %d, 停止位: %d", strComName.c_str(), nBaudRate, nDataBits, nStopBits);
    //创建设备
    m_hComDev = CreateFile((LPCTSTR)strComName.c_str(), 
        GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,                   //能对设备进行读写
        0, NULL, OPEN_EXISTING,                         //设备不存在则创建失败
        FILE_ATTRIBUTE_NORMAL | FILE_FLAG_OVERLAPPED,   //通知操作系统对该文件的操作采取一步I/O的方式
        NULL);

    if(m_hComDev == INVALID_HANDLE_VALUE)
    {
        SD_ERROR("创建设备句柄失败");
        return PE_FAIL;
    }
    memset(&m_Overlapped, 0, sizeof(m_Overlapped));

    //串口读取超时时间设置
    //总的超时时间为比例因子*读取到的字节数+固定超时时间
    COMMTIMEOUTS stComTimeOuts;                         //单位都是毫秒
    stComTimeOuts.ReadIntervalTimeout = 1000;           //读取等待超时时间
    stComTimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier = 1000;    //比例因子
    stComTimeOuts.ReadTotalTimeoutConstant = 1000;      //一次读取串口数据的固定超时时间
    stComTimeOuts.WriteTotalTimeoutConstant = 1000;
    stComTimeOuts.WriteTotalTimeoutMultiplier = 1000;
    SetCommTimeouts(m_hComDev, &stComTimeOuts);

    //创建操作完成时的通知事件
    m_Overlapped.hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);

    //设置串口基本参数，波特率，数据位，停止位等
    DCB dcb;
    dcb.DCBlength = sizeof(dcb);
    GetCommState(m_hComDev, &dcb);
    dcb.BaudRate = nBaudRate;
    dcb.ByteSize = nDataBits;
    dcb.StopBits = nStopBits;
    dcb.Parity = 0;

    //指定一组监视通信设备的事件，EV_RXCHAR缓冲区收到数据哪怕只收到一个字节的数据
    SetCommMask(m_hComDev, EV_RXCHAR);
    //清空收发缓冲区
    PurgeComm(m_hComDev, PURGE_TXABORT| PURGE_RXABORT | PURGE_TXCLEAR| PURGE_RXCLEAR);

    //初始化通信参数，输入输出缓冲区都为1024
    if(!SetCommState(m_hComDev, &dcb) || !SetupComm(m_hComDev, 1024, 1024) ||
        m_Overlapped.hEvent == NULL)
    {
        CloseHandle(m_hComDev);
        SD_INFO("COM set faild");
        return PE_FAIL;
    }
    //开启接收线程
    CloseHandle((HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, RecvMsg, (void*)this, 0, NULL));

    m_bConnected = TRUE;
    return PE_NOERROR;
}

unsigned int WINAPI CDevImp::RecvMsg(void* pParam)
{
    CDevImp* pThis = (CDevImp*)pParam;

    DWORD dwEvMask;  //触发的事件类型
    DWORD dwRet;
    unsigned char recvBuf[MAX_MSG_LEN] = {0};
    unsigned char recvTmp[MAX_MSG_LEN] = {0};
    COMSTAT stRet;  //设备状态
    DWORD   dwErr;
    DWORD   dwReadToal = 0; //总共读取的字节数

    while(1)
    {
        //对重叠I/O操作函数总会返回FALSE,操作转到后台，
        //当事件发生时系统会将m_Overlapped.hEvent直为有信号
        WaitCommEvent(pThis->m_hComDev, &dwEvMask, &pThis->m_Overlapped);
        dwRet = WaitForSingleObject(pThis->m_Overlapped.hEvent, 1600);
        if(dwRet == WAIT_TIMEOUT)
        {
            continue;//超时继续等待
        }
        //操作完成
        if(dwRet == WAIT_OBJECT_0)
        {
            memset(recvBuf, 0, sizeof(recvBuf));
            memset(recvTmp, 0, sizeof(recvTmp));
            memset(&stRet, 0, sizeof(stRet));
            //清除硬件通讯错误，获取通讯设备当前状态
            ClearCommError(pThis->m_hComDev, &dwErr, &stRet);
            //读取出错
            if(!ReadFile(pThis->m_hComDev, recvTmp, MAX_MSG_LEN, &stRet.cbInQue, &pThis->m_Overlapped))
            {
                continue;
            }
            else
            {
                memcpy_s(recvBuf + dwReadToal, MAX_MSG_LEN, recvTmp, stRet.cbInQue);
                dwReadToal += stRet.cbInQue;
                if(recvBuf[2] == POWER_ALARM && dwReadToal == POWER_ALARM_LEN)//电网数据包
                {
                    char sShow[MAX_MSG_LEN] = {0};
                    for(int i = 0; i < POWER_ALARM_LEN; i ++)
                    {
                        sprintf_s(sShow + i * sizeof(char), sizeof(sShow) - 1, "%02x ", recvBuf[i]);
                    }
                    SD_INFO("收到电网数据包: %s", sShow);

                    //清空以进行下一轮接收
                    dwReadToal = 0;
                    //解析数据包
                    if(pThis->ParseMsg(recvBuf) == FALSE)//校验失败，数据有误
                    {
                        continue;
                    }
                }
                else if(recvBuf[2] == SENSOR_ALARM && dwReadToal == SENSOR_ALARM_LEN)//入侵防范传感器数据包
                {
                    char sShow[MAX_MSG_LEN] = {0};
                    for(int i = 0; i < POWER_ALARM_LEN; i ++)
                    {
                        sprintf_s(sShow + i * sizeof(char), sizeof(sShow) - 1, "%02x ", recvBuf[i]);
                    }
                    SD_INFO("收到入侵防范传感器数据包: %s", sShow);

                    dwReadToal = 0;
                    //解析数据包
                    if(pThis->ParseMsg(recvBuf) == FALSE)
                    {
                        continue;
                    }
                }
            }
        }
    }

}

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