基于多線程技術(shù)的串口通信的設(shè)計(jì)與研究

李可一，朱環(huán)娟，周鳳華

1.北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院自動化系，北京 100083

2.河北省承德市氣象局，河北承德 067000

3.華北電網(wǎng)有限公司承德供電公司，河北承德 067000

基于多線程技術(shù)的串口通信的設(shè)計(jì)與研究

李可一1，朱環(huán)娟2，周鳳華3

1.北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院自動化系，北京 100083

2.河北省承德市氣象局，河北承德 067000

3.華北電網(wǎng)有限公司承德供電公司，河北承德 067000

本文以VC++ 6.0為開發(fā)平臺，講述了如何使用32位的WindoWs API 串口通信函數(shù)，編程實(shí)現(xiàn)高效的多線程全雙工串口通信，并在闡述中給出了相關(guān)函數(shù)或代碼。實(shí)驗(yàn)證明，該方法有著較好的靈活性、可靠性與高效性。

VC++；串口通信；多線程；重疊I/O

0 引言

串口是常用的計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸通道，由于使用其通信方便易行，且能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的長遠(yuǎn)距離傳輸，故應(yīng)用極其廣泛。為此，根據(jù)不同的使用環(huán)境靈活地編寫出串口通信處理程序是必要的工作。在Windows上，微軟專門提供了相應(yīng)的文件I/O函數(shù)和通信函數(shù)，以方便我們編寫出所需的串口通信程序。目前，實(shí)現(xiàn)串口通信的方法有兩種。第一種，使用VC++提供的串口通信控件MSComm；第二種，使用32位的API 通信函數(shù)。本文采用了第二種方法，且結(jié)合多線程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了更加靈活的串口通信程序設(shè)計(jì)。

1 編程實(shí)現(xiàn)過程

1.1 初始化端口

在Windows操作系統(tǒng)中，串行口是被作為文件來進(jìn)行處理的，而不是直接對端口進(jìn)行操作，為此我們使用某一個串口進(jìn)行通信時，需首先調(diào)用API函數(shù) CreateFile(szPort,GENERIC_ READ|GENERIC_WRITE,0,NULL,OPEN_EXISTING,FILE_ ATTRIBUTE_NORMAL | FILE_FLAG_OVERLAPPED,NULL )；獲取一個串口通信設(shè)備句柄hCom。其中，該函數(shù)的第一個參數(shù)szPort標(biāo)識將要開啟的端口號，第二個參數(shù)規(guī)定了端口讀寫屬性，剩下的參數(shù)中較重要的是設(shè)置FILE_FLAG_OVERLAPPED標(biāo)識，即開啟重疊I/O的方式。在該模式下，當(dāng)我們調(diào)用讀寫函數(shù)時，即使操作還未完成，被調(diào)用的函數(shù)也會立即返回，這樣費(fèi)時的I/O操作會在后臺進(jìn)行，使系統(tǒng)在這段時間可以去干別的事情，提高了系統(tǒng)的執(zhí)行效率，且借用多線程技術(shù)還能實(shí)現(xiàn)讀、寫的同時進(jìn)行。

接下來，需要根據(jù)需求，調(diào)用SetCommTimeouts(hCom, &m_ CommTimeouts);函數(shù)，設(shè)置COMMTIMEOUTS類型的結(jié)構(gòu)體變量m_CommTimeouts。更改COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)體里面的成員變量，可以設(shè)置串口讀寫超時時間，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)若未在指定時間內(nèi)讀出或?qū)懭胫付〝?shù)量的字符，就不再繼續(xù)，立即返回執(zhí)行下一次的任務(wù)。然后，還需要分別調(diào)用SetCommState和SetupComm函數(shù)，設(shè)置端口的速率、數(shù)據(jù)位、輸入輸出緩沖區(qū)大小等配置信息。至此，就完成了串口的初始化并開啟操作。

1.2 串口讀寫的實(shí)現(xiàn)

1.2.1 多線程全雙工通信

想要編寫高效率的串口通信程序，除了設(shè)置重疊I/O外，再結(jié)合多線程技術(shù)，可以起到更好的效果。所謂多線程，就是指要計(jì)算機(jī)并行的處理不同的事情。在VC中線程分為用戶界面線程和工作者線程，其主要區(qū)別是前者能夠提供界面和用戶的交互，而后者沒有界面，用于處理后臺任務(wù)。本文在設(shè)計(jì)通信程序時，建立了兩個工作者線程，一個用于不斷監(jiān)視數(shù)據(jù)的接收，一個用于數(shù)據(jù)的發(fā)送。這樣，使程序?qū)崿F(xiàn)了收發(fā)同時進(jìn)行的全雙工工作方式，在實(shí)際應(yīng)用中更有效率。

另外，值得注意的是使用重疊I/O需要創(chuàng)建OVERLAPPED結(jié)構(gòu)以供讀寫函數(shù)，即ReadFile和WriteFile使用。而OVERLAPPED結(jié)構(gòu)中最重要的成員是hEvent。hEvent是一個事件對象句柄，通過CreateEvent函數(shù)來創(chuàng)建，被用作線程的同步對象使用。如果讀寫函數(shù)未完成操作就返回，那么會將hEvent置為無信號狀態(tài)。只有操作完成后（包括超時），hEvent才會置為有信號狀態(tài)，這樣我們就可以通過hEvent知曉當(dāng)前通訊設(shè)備的讀寫狀態(tài)。

實(shí)際程序運(yùn)行時，若發(fā)現(xiàn)讀、寫函數(shù)的返回值為假，由于開啟了重疊I/O方式，那么未必是指讀寫失敗，此時需要通過GetLastError函數(shù)的返回值做進(jìn)一步判斷。若返回為ERROR_IO_ PENDING，說明當(dāng)前讀或?qū)懖僮鬟€未完成，這時就可以掛起讀、寫線程，等待操作完成。而程序設(shè)計(jì)時有兩種等待方法：一種是用WaitForSingleObject等待函數(shù)來等待OVERLAPPED結(jié)構(gòu)體中的成員hEvent為有信號狀態(tài)；另一種辦法是調(diào)用GetOverlappedResult函數(shù)等待，注意需要將該函數(shù)的bWait參數(shù)設(shè)為TRUE，那么該函數(shù)將會一直等待hEvent 事件，直到其有信號才返回。同時，利用GetOverlappedResult還可以返回一個OVERLAPPED結(jié)構(gòu)體，里面包含有實(shí)際發(fā)送、接收字節(jié)等重疊操作的結(jié)果。

下面將分別給出讀、寫線程的關(guān)鍵代碼，并作適當(dāng)分析。

1.2.2 串口讀操作

以上給出的即是接收數(shù)據(jù)線程的主要代碼，由于在實(shí)際使用中，我們想實(shí)時監(jiān)控端口的數(shù)據(jù)輸入情況，做到輸入緩沖區(qū)一有數(shù)據(jù)傳來就立即執(zhí)行讀取操作，故在程序中要建立一個定時器，設(shè)定一個監(jiān)控的時間間隔，定點(diǎn)不斷執(zhí)行以上工作者線程的代碼，以實(shí)現(xiàn)對端口的監(jiān)控。另外，我們在線程中需要使用ClearCommError函數(shù)獲取輸入緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)狀態(tài)，以判斷是否該開始讀取數(shù)據(jù)。

1.2.3 串口寫操作

以上所示的數(shù)據(jù)發(fā)送線程，我們只需在想要發(fā)送數(shù)據(jù)時創(chuàng)建、啟動線程即可。

2 結(jié)論

本文描述了在VC++上如何使用Win32 API中相關(guān)的通信函數(shù)，編程實(shí)現(xiàn)串口通訊程序，且采用多線程的程序設(shè)計(jì)思想，在重疊I/O的方式下，不僅提高了串口通信的效率，而且還實(shí)現(xiàn)了收發(fā)同時進(jìn)行的全雙工工作方式，為計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備通過串口通信提供了更靈活的方案。

[1]胡春燕.基于VC的串口通信的實(shí)現(xiàn)[J].福建電腦，2005(10).

[2]闞能琪. VC ++ 串口通信中多線程技術(shù)的應(yīng)用研究[J].西華大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，7.

[3]孫鑫，余安萍. VC++深入詳解[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006，6.

[4]Microsoft Corporation. Microsoft Developer NetWork Library[DB/DK].Microsoft Corporation，2001.

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