用Windows API 编写串口通讯程序
最近在做一个PC机上和ARM机串口通讯的程序。
实际上，我并没有在VC上编写过串口程序。记得大一下学期的课程实践上倒是在DOS环境下做个简单的串口通讯，可是就是因为太简单了，而且是DOS那种独占式的进程，所以现在要搬到VC和MFC界面应用程序环境中，难度还是有的，我一时没有头绪。
我首先当然想到用ActiveX控件了。曾听说过Microsoft曾做过一个ActiveX控件，用来简化在MFC中进行的串口编程。找了点资料，又去图书馆找了本书，试了两天，结果以失败告终。网上说，用那个MSComm控件进行串口编程是最简单的，可是我仍然没有成功，可见我有多愚笨！也不知道哪儿出现问题了，总之，由于时间紧迫，我不得不选择其他方案。MSComm的使用，我想等这个任务完成之后，我会回过头来再看看的，到时候再写篇文章来向大家说明。
不用MSComm控件，那看起来只能是使用Windows API了，因为MFC貌似没有什么类封装了串口API函数的。
用Windows API 编写串口程序本身是有巨大优点的，因为控制能力会更强，效率也会更高，而且对于那些纯绿色软件追求者来说，没有ActiveX控件比什么都重要——呵呵，我也是这么认为。
API编写串口，过程一般是这样的：
1、 创建串口句柄，用CreateFile；
2、 对串口的参数进行设置，其中比较重要的是波特率（BaudRate），数据宽度（BytesBits），奇偶校验（Parity），停止位（StopBits），当然，重要的还有端口号（Port）；
3、 然后对串口进行相应的读写操作，这时候用到ReadFile和WriteFile函数；
4、 读写结束后，要关闭串口句柄，用CloseFile；
下面依次大致讲讲个步骤的过程：
第一步，从字面上去理解，大家也可以发现CreateFile实际上表明Windows是把串口当作一个文件来处理的，所以它也有文件那样的缓冲区、句柄、读写错误等，不同的是，这个文件名字只有固定的几个（一般为四个），而且始终存在（EXSITING），而且在调用CreateFile的时候请注意它的参数。CreateFile函数原型如下：
HANDLE CreateFile(LPCTSTR lpFileName,
DWORD dwDesiredAccess,
DWORD dwShareMode,
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes,
DWORD dwCreationDisposition,
DWORD dwFlagsAndAttributes,
HANDLE hTemplateFile );
lpFileName是你需要创建的端口号，默认情况下是COM1；dwDesiredAccess是表明你想让你创建的串口以何种方式存在于你的应用程序中，因为串口通常是可读可写的，所以这里必须设置为GENERIC_READ|GENERIC_WRITE；dwShareMode是用来设置串口共享属性的，因为串口属于临界资源，当然不能共享，所以这里也必须设置为0；lpSecurityAttributes是设置安全模式，一般采用默认的安全模式就可以了，选择NULL；dwCreationDisposition是设置是否打开新的“文件”（上面说过了，Windows是把串口等端口当作文件来处理的），因为串口属于硬件端口，当然不能随便重复创建，所以这里必须告诉Windows，每次创建的时候必须使用已经存在的串口，所以这里设置OPEN_EXSITING；dwFlagsAndAttributes，这个参数可以设置的值比较多，大家若需要深入了解可以查找MSDN，这里因为我们接下去要做的是异步通讯，所以需要设置FILE_FLAG_OVERLAPPED；最后一个参数hTemplateFile是指定模板文件，串口没有模板，选择NULL；
所以最后我们设置的CreateFile函数如下：
m_hCom=CreateFile(m_sPort,
GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,
0,
NULL,
OPEN_EXISTING,
FILE_FLAG_OVERLAPPED,
NULL);
在创建完串口后，最后进行句柄测试：
if(m_hCom==INVALID_HANDLE_VALUE)
{
AfxMessageBox("打开串口失败!");
return;
}
上面说到了异步，那什么是异步呢？异步是相对同步这个概念而言的。异步，就是说，在进行串口读写操作时，不用等到I/O操作完成后函数才返回，也就是说，异步可以更快得响应用户操作；同步，相反，响应的I/O操作必须完成后函数才返回，否则阻塞线程。对于一些很简单的通讯程序来说，可以选择同步，这样可以省去很多错误检查，但是对于复杂一点的应用程序，异步是最佳选择；
第二步，设置串口，并创建串口线程。串口有很多的属性，上面也已经介绍了一些最重要的参数。这里不得不介绍一个重量级的数据结构DCB：
typedef struct _DCB { // dcb
DWORD DCBlength; //DCB结构体大小
DWORD BaudRate; //波特率
DWORD fBinary: 1; //是否是二进制，一般设置为TRUE
DWORD fParity: 1;//是否进行奇偶校验，我做的是ARM嵌入式，所以FALSE
DWORD fOutxCtsFlow:1; //CTS线上的硬件握手
DWORD fOutxDsrFlow:1; //DSR线上的硬件握手
DWORD fDtrControl:2; //DTR控制
DWORD fDsrSensitivity:1;
DWORD fTXContinueOnXoff:1;
DWORD fOutX: 1; //是否使用XON/XOFF协议
DWORD fInX: 1; //是否使用XON/XOFF协议
DWORD fErrorChar: 1; //发送错误协议
DWORD fNull: 1;
DWORD fRtsControl:2;
DWORD fAbortOnError:1;
DWORD fDummy2:17;
WORD wReserved;
WORD XonLim; //设置在XON字符发送之前inbuf中允许的最少字节数
WORD XoffLim; //在发送XOFF字符之前outbuf中允许的最多字节数
BYTE ByteSize; //数据宽度，一般为8，有时候为7
BYTE Parity; //奇偶校验
BYTE StopBits; //停止位数
char XonChar; //设置表示XON字符的字符,一般是采用0x11这个数值
char XoffChar; //设置表示XOFF字符的字符,一般是采用0x13这个数值
char ErrorChar;
char EofChar;
char EvtChar;
WORD wReserved1;
} DCB;
大家不要被这个结构体“强大”的身躯所吓倒，我这里只是为了向大家展示一下DCB的所有内部数据成员，其实我们真正在串口编程中用到的数据成员没有几个。
用DCB进行串口设置时，应先调用API’函数GetCommState，来获得串口的设置信息：
GetCommState(m_hCom, &dcb)；
然后在需要设置的地方对dcb进行设置，然后再末尾调用
SetCommState（m_hCom，&dcb）
就可以了，还是比较方便的。然后调用SetCommMask,用来指定程序接收特定的串口事件,调用SetupComm函数,设置串口缓冲区大小:
SetCommMask(m_hCom, EV_RXCHAR);
//EV_RXCHAR表示当有字符在inbuf中时产生这个事件
SetupComm(m_hCom, MAXBLOCK, MAXBLOCK);
还有，串口因为是I/O操作，可能会产生错误，这时候需要设置超时限制，以避免阻塞现象。设置超时设置需要一个结构体COMMTIMEOUTS：
typedef struct _COMMTIMEOUTS {
DWORD ReadIntervalTimeout; //两个字符之间的超时设置
DWORD ReadTotalTimeoutMultiplier; //读操作时总的超时系数
DWORD ReadTotalTimeoutConstant; //读操作时总的超时常数
DWORD WriteTotalTimeoutMultiplier; //写操作时总的超时系数
DWORD WriteTotalTimeoutConstant; //写操作时总的超时常数
} COMMTIMEOUTS,*LPCOMMTIMEOUTS;
我的设置如下：
COMMTIMEOUTS timeouts;
timeouts.ReadIntervalTimeout=MAXDWORD;
timeouts.ReadTotalTimeoutConstant=0;
timeouts.ReadTotalTimeoutMultiplier=0;
timeouts.WriteTotalTimeoutConstant=50;
timeouts.WriteTotalTimeoutMultiplier=2000;
SetCommTimeouts(m_hCom, &timeouts);
这里将ReadIntervalTimeout设置为最大字节数，.ReadTotalTimeoutConstant和ReadTotalTimeoutMultiplier都设置为0，表示不设置读操作超时，也就是说读操作瞬间完成，不进行等待。
接下去是一步比较关键的操作，建立工作者线程，用来监听串口消息，如果发现inbuf中有接收到的字符，及时通知相应处理函数进行处理。
调用MFC全局函数AfxBeginThread建立线程。好的线程应该短小精悍，所以，我在这个线程里面其实什么事也不做，只是起到通知别的函数的作用。
m_pThread=AfxBeginThread(CommProc,
this,
THREAD_PRIORITY_NORMAL,
0,
CREATE_SUSPENDED,// 挂起线程
NULL);
m_pThread就是指向我新创建的线程的指针。
线程函数如下，有点长，但是已经是最简单的线程了：
//串口线程
UINT CommProc(LPVOID lParam)
{
COMSTAT commstat;//这个结构体主要是用来获取端口信息的
DWORD dwError;
DWORD dwMask;
DWORD dwLength;
OVERLAPPED overlapped;
//OVERLAPPED结构体用来设置I/O异步，具体可以参见MSDN
memset(&overlapped, 0, sizeof(OVERLAPPED));
//初始化OVERLAPPED对象
overlapped.hEvent=CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);
//创建CEvent对象
CUartDlg* dlg=(CUartDlg*)lParam;
if(dlg->m_hCom==NULL)
{
AfxMessageBox("串口句柄为空!");
return -1;
}
while(dlg->m_bConnected)
{
ClearCommError(dlg->m_hCom, &dwError, &commstat);
if(commstat.cbInQue)
//如果串口inbuf中有接收到的字符就执行下面的操作
{
WaitForSingleObject(dlg->m_hPostMsgEvent, INFINITE);
//无线等待。。。
ResetEvent(dlg->m_hPostMsgEvent);
//设置CEvent对象为无信号状态
::PostMessage(dlg->m_hWnd, WM_COMMSG, EV_RXCHAR, 0);
//发送特定信息，用来通知特定函数进行处理
continue;
}
if(!WaitCommEvent(dlg->m_hCom, &dwMask, &overlapped))
{
if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING)
//如果操作被挂起，也就说正在读取或这在写，则进行下面的操作
GetOverlappedResult(dlg->m_hCom,
&overlapped, &dwLength, TRUE);
//无限等待这个I/O操作的完成
else
{
CloseHandle(overlapped.hEvent);
return (UINT)-1;
}
}
}
CloseHandle(overlapped.hEvent);
return 0;
}
因为是多线程，所以，要注意的是对临界资源的访问问题，也就是说互斥问题，避免死锁现象的发生。所以，在这个线程中多次使用了事件对象CEvent，通过它来标志串口有没有被占据，和标志是否正在进行读取串口（串口无法同时进行读写操作）。具体的大家可以看我的代码注释 : )
这是我对这个线程发出的消息进行处理的函数：
void CUartDlg::OnComMsg(WPARAM wParam, LPARAM lParam)
{
char buf[MAXBLOCK/4];
CString str;
int nLength;
int nStartChar, nEndChar;
if(!m_bConnected || (wParam & EV_RXCHAR)!=EV_RXCHAR)
// 是否是EV_RXCHAR事件?
{
SetEvent(m_hPostMsgEvent);
// 允许发送下一个线程读取消息
return;
}
nLength=ReadComm(buf,100);
buf[nLength]='/0';
if(nLength)
{
//IDC_EDIT_EDIT是我在一个对话框上一个CEdit控件的ID号，大家可设置成
//自己的控件ID号
GetDlgItem(IDC_EDIT_EDIT)->SetFocus();
CString str(buf);
m_strMessage+=str;
UpdateData(FALSE);
CEdit* pEdit=(CEdit*)GetDlgItem(IDC_EDIT_EDIT);
pEdit->GetSel(nStartChar, nEndChar);
pEdit->SetSel(nStartChar-2, nEndChar-2);
}
SetEvent(m_hPostMsgEvent); // 允许发送下一个线程读取消息
}
第三步，已经建立好了工作者线程，那么接下去我们就可以进行串口的读写操作了。
DWORD CUartDlg::ReadComm(char *buf, DWORD dwLength)
{
COMSTAT comstat;
DWORD dwError;
DWORD length;
DWORD dwByteReaded;
ClearCommError(m_hCom, &dwError, &comstat);
length=min(comstat.cbInQue, dwLength);
if(!ReadFile(m_hCom, buf, length, &dwByteReaded, &m_osRead))
return 0;
return dwByteReaded;
}
这是读串口函数；
DWORD CUartDlg::WriteComm(char *buf, DWORD dwLength)
{
BOOL fState=FALSE;
DWORD length=0;
COMSTAT ComStat;
DWORD dwErrorFlags;
//ClearCommError是用来清除Comm中的错误，从而可以在下面的代码通过
//GetLastError抓取错误
ClearCommError(m_hCom,&dwErrorFlags,&ComStat);
fState=WriteFile(m_hCom,buf,dwLength,&length,&m_osWrite);
if(!fState)
{
if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING)
{
SetEvent(m_osWrite.hEvent);
while(!GetOverlappedResult(m_hCom,&m_osWrite,&length,TRUE))// 等待
{
if(GetLastError()==ERROR_IO_INCOMPLETE)
continue;
}
}
else
length=0;
}
return length;
}
这是写串口函数。这两个函数其实本质是一样的，操作过程也近似，大家可以参考着写。
第四步，好了，现在一个串口程序大致上已经完工了，呵呵，是不是挺繁琐？确实，用windows API函数进行硬件层次的编程都是比较繁琐的。还有一点，就是在结束程序的时候，千万不要忘了关闭串口的句柄，否则容易造成内存泄露的问题！
void CUartDlg::OnClose()
{
// TODO: Add your message handler code here and/or call default
if(m_bConnected)
{
m_bConnected=FALSE;
SetEvent(m_hPostMsgEvent);
SetCommMask(m_hCom, 0);
WaitForSingleObject(m_pThread->m_hThread, INFINITE);
m_pThread=NULL;
CloseHandle(m_hCom);
}
CDialog::OnClose();
}
总结：串口通讯应用非常广泛，特别是在硬件设计领域，更是没有串口不行。但是VC爱好者中懂串口编程的不多。我想，还是大家比较喜欢上层的东西吧。
在编写这个程序的时候，大体上已经写的差不多了，可以读取ARM机串口发送过来的字符，并显示出来，但是就是不能发送通过串口发送命令给ARM机。我在网上看了好多信息，也查阅了很多相关书籍，仍然没有找到答案。最后只能自己埋头一句代码一句代码得找，找了两天，还是没有找到，人差不多已经到了崩溃的边缘了，最后突然灵感发现，将错误锁定在dcb参数设定上。原来，我在dcb硬件握手参数上设置错了，那个fOutxCtsFlow参数应该设置成FALSE，否则串口读操作将一直处于阻塞状态。当时我差不多想亲吻每一个人，呵呵，程序员常常是带有一点病态的 : ) 希望大家以后不要犯我这样的错误。
还有，就是因为基于对话框（Dialog-based）的应用程序是不能接收WM_CHAR这个消息的，所以我在进行写串口操作时，重载了PreTranslateMessage这个函数，然后在这个函数内部对消息进行分检处理，起到了很好的效果。大家可以试一试。
因为一大早的，寝室里居然因为线路改造停电，所以只能依靠笔记本里可怜的剩余电池来写这篇文章，时间仓促，肯定有很多不足的地方，大家可以向我提出来，我一定认真回答改正，谢谢！