串行通信与重叠I/O

串行通信与重叠I/O

      Win 32系统把文件的概念进行了扩展。无论是文件、通信设备、命名管道、邮件槽、磁盘、还是控制台,都是用API函数CreateFile()来打开或创建的。该函数的声明为:

HANDLE CreateFile(

    LPCTSTR lpFileName, // 文件名  

    DWORD dwDesiredAccess, // 访问模式  

    DWORD dwShareMode, // 共享模式  

    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes, // 通常为NULL

    DWORD dwCreationDistribution, // 创建方式  

    DWORD dwFlagsAndAttributes, // 文件属性和标志

    HANDLE hTemplateFile // 临时文件的句柄,通常为NULL  

);

    如果调用成功,那么该函数返回文件的句柄,如果调用失败,则函数返回INVALID_HANDLE_VALUE。 


      在打开通信设备句柄后,常常需要对串行口进行一些初始化工作。这需要通过一个DCB结构来进行。DCB结构包含了诸如波特率、每个字符的数据位数、奇偶校验和停止位数等信息。在查询或配置置串行口的属性时,都要用DCB结构来作为缓冲区。

  调用GetCommState函数可以获得串口的配置,该函数把当前配置填充到一个DCB结构中。一般在用CreateFile打开串行口后,可以调用GetCommState函数来获取串行口的初始配置。要修改串行口的配置,应该先修改DCB结构,然后再调用SetCommState函数用指定的DCB结构来设置串行口。

  除了在DCB中的设置外,程序一般还需要设置I/O缓冲区的大小和超时。Windows用I/O缓冲区来暂存串行口输入和输出的数据,如果通信的速率较高,则应该设置较大的缓冲区。调用SetupComm函数可以设置串行口的输入和输出缓冲区的大小。

  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。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。


      在用ReadFile和WriteFile读写串行口时,既可以同步执行,也可以重叠(异步)执行。在同步执行时,函数直到操作完成后才返回。这意味着在同步执行时线程会被阻塞,从而导致效率下降。在重叠执行时,即使操作还未完成,调用的函数也会立即返回。费时的I/O操作在后台进行,这样线程就可以干别的事情。例如,线程可以在不同的句柄上同时执行I/O操作,甚至可以在同一句柄上同时进行读写操作。“重叠”一词的含义就在于此。

  ReadFile函数只要在串行口输入缓冲区中读入指定数量的字符,就算完成操作。而WriteFile函数不但要把指定数量的字符拷入到输出缓冲中,而且要等这些字符从串行口送出去后才算完成操作。

  ReadFile和WriteFile函数是否为执行重叠操作是由CreateFile函数决定的。如果在调用CreateFile创建句柄时指定了FILE_FLAG_OVERLAPPED标志,那么调用ReadFile和WriteFile对该句柄进行的读写操作就是重叠的,如果未指定重叠标志,则读写操作是同步的。

      函数ReadFile和WriteFile的参数和返回值很相似。这里仅列出ReadFile函数的声明:

BOOL ReadFile(

    HANDLE hFile, // 文件句柄

    LPVOID lpBuffer, // 读缓冲区

    DWORD nNumberOfBytesToRead, // 要求读入的字节数  

    LPDWORD lpNumberOfBytesRead, // 实际读入的字节数

    LPOVERLAPPED lpOverlapped // 指向一个OVERLAPPED结构

); //若返回TRUE则表明操作成功
 
  需要注意的是如果该函数因为超时而返回,那么返回值是TRUE。参数lpOverlapped在重叠操作时应该指向一个OVERLAPPED结构,如果该参数为NULL,那么函数将进行同步操作,而不管句柄是否是由FILE_FLAG_OVERLAPPED标志建立的。

  当ReadFile和WriteFile返回FALSE时,不一定就是操作失败,线程应该调用GetLastError函数分析返回的结果。例如,在重叠操作时如果操作还未完成函数就返回,那么函数就返回FALSE,而且GetLastError函数返回ERROR_IO_PENDING。

  在使用重叠I/O时,线程需要创建OVERLAPPED结构以供读写函数使用。OVERLAPPED结构最重要的成员是hEvent,hEvent是一个事件对象句柄,线程应该用CreateEvent函数为hEvent成员创建一个手工重置事件,hEvent成员将作为线程的同步对象使用。如果读写函数未完成操作就返回,就那么把hEvent成员设置成无信号的。操作完成后(包括超时),hEvent会变成有信号的。

  如果GetLastError函数返回ERROR_IO_PENDING,则说明重叠操作还为完成,线程可以等待操作完成。有两种等待办法:一种办法是用象WaitForSingleObject这样的等待函数来等待OVERLAPPED结构的hEvent成员,可以规定等待的时间,在等待函数返回后,调用GetOverlappedResult。另一种办法是调用GetOverlappedResult函数等待,如果指定该函数的bWait参数为TRUE,那么该函数将等待OVERLAPPED结构的hEvent 事件。GetOverlappedResult可以返回一个OVERLAPPED结构来报告包括实际传输字节在内的重叠操作结果。

  如果规定了读/写操作的超时,那么当超过规定时间后,hEvent成员会变成有信号的。因此,在超时发生后,WaitForSingleObject和GetOverlappedResult都会结束等待。WaitForSingleObject的dwMilliseconds参数会规定一个等待超时,该函数实际等待的时间是两个超时的最小值。注意GetOverlappedResult不能设置等待的时限,因此如果hEvent成员无信号,则该函数将一直等待下去。

  在调用ReadFile和WriteFile之前,线程应该调用ClearCommError函数清除错误标志。该函数负责报告指定的错误和设备的当前状态。

  调用PurgeComm函数可以终止正在进行的读写操作,该函数还会清除输入或输出缓冲区中的内容。

 

typedef struct_OVERLAPPED
{
    DWORD Internal;

    DWORD InternalHigh;


    DWORD offset;


    DWORD offsetHigh;


    HANDLE hEvent;


}OVERLAPPED;


      Internal 指定与系统相关的状态,为操作系统的使用而保留;
      InternalHigh 指定传送数据的长度,为操作系统的使用而保留; 
      offset 指定文件的位置,从该位置传送数据,文件位置是相对文件开始处的字节偏移量。调用ReadFile或WriteFile函数之前调用进程设置这个成员,读写命名管道及通信设备时调用进程忽略这个成员; 
      offsetHigh 指定开始传送数据的字节偏移量的高位字,读写命名管道及通信设备时调用进程忽略这个成员;
      hEvent 标识事件,数据传送完成时把它设为信号状态,调用ReadFile WriteFile ConnectNamedPipe TransactNamedPipe函数前,调用进程设置这个成员.


      相关函数 CreateEvent ResetEvent GetOverlappedResult WaitForSingleObject CWinThread GetLastErro。  

 

      本文转自:http://hi.baidu.com/lovely_elle/blog/item/34c0628a2bdfe51ac9fc7ace.html 

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