1585.htm

对于学习很有帮助

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<CENTER><FONT COLOR=#000066 size=5><B>Windows 95/98下高效率串行通信的实现</B></FONT><br>

<HR WIDTH=520 ALIGN="center" SIZE=1>
<FONT FACE="Arial" SIZE=2>http://tech.sina.com.cn 2001/03/12&nbsp;11:06 </FONT><FONT COLOR="#990000" class=title12>软件世界</FONT>&nbsp;<FONT COLOR="#000000" class=title12>韩磊 徐磊</FONT></center><font class=confont>   
      
<p>
　　1. 引言<p>
　　由于串行通信具有结构简单、可靠性高等优点，因而在工业监控、数据采集等实时系统中得到了广泛的应用。目前，PC与PC之间，PC与单片机之间大都采用这种通信方式。而在Windows下通信程序的设计与在DOS下有着显著的不同，Windows 95/98操作系统将底层的硬件进行了封装，不允许程序员直接对其进行操作，而是提供了大量的WIN32 API函数来作为用户程序与通信硬件的接口。由于在实际的应用中，对串行通信的可靠性、实时性有着较高的要求，因而本文在简单阐述在Windows 95/98平台下实现串行通信的基本方法的基础上，着重介绍如何利用Windows 95/98的多线程机制和重叠I/O实现高效率的串行通信。<p>
<p>
　　2. Windows 95/98下重叠I/O(异步)串行通信的实现<p>
　　Windows 95/98系统为串行通信提供了全新的服务。它以WIN32 API作为其应用程序的编程接口，提供了打开及关闭通信资源句柄及读写的基本操作。更为重要的是，它支持重叠式(即异步)输入输出。在用WIN32 API函数读写串口时，既可以同步执行，也可以重叠(异步)执行。同步执行时，函数直到操作完成后才返回，这就有可能导致线程的阻塞，从而使效率下降；重叠执行时，即使操作还未完成，函数也会立即返回，I/O操作将在后台进行，从而极大地提高了CPU的利用率和程序的执行效率。<p>
　　下面，就分步详细介绍一下如何实现重叠I/O。<p>
　　(1)串口的打开和关闭<p>
　　在WIN 32系统中串口的打开是用API函数CreateFile实现的，该函数的声明为:<p>
　　HANDLE CreateFile(<p>
　　LPCTSTR lpFileName,//文件名<p>
　　DWORD dwDesiredAcess,//访问模式<p>
　　DWORD dwShareMode,//共享模式<p>
　　LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes,//通常为NULL<p>
　　DWORD dwCreationDistribution,//创建方式<p>
　　DWORD dwFlagsAndAttributes,//文件属性和标志<p>
　　HANDLE hTemplateFile，//临时文件句柄，通常为NULL<p>
　　);<p>
　　对于I/O方式，必须指定串口的FILE_FLAG_OVERLAPPED属性。使用完串口后应用CloseHandle函数关闭串口。<p>
　　(2)串口的初始化<p>
　　串口打开后，需要做一些初始化工作，例如：波特率、数据位数、奇偶校验、停止位数等。这些信息都包含在一个DCB结构中。要得到当前的串口配置，可使用GetCommState函数，该函数的声明为：BOOL GetCommState(HANDLE hFile,LPDCB lpDCB)，它把当前的配置添充到一个DCB结构中。然后可以根据需要来设置DCB结构中的成员变量，再调用SetCommState函数用该DCB结构来设置串口。此外，程序还需设置I/O缓冲区的大小和超时。输入和输出缓冲区的大小通过调用SetupComm函数来实现，该函数的声明为：BOOL SetupComm(HANDLE hFile,DWORD dwInQueue,DWORD dwOutQueue)，其中dwInQueue和dwOutQueue分别为输入和输出缓冲区的大小。超时的查询和设置则通过GetCommTimeouts、SetCommTimeouts函数和COMMTIMEOUTS结构来实现。本文中，为了讨论上的方便，我们不使用超时设置。下面就以一段程序为例，来看一下如何打开并初始化串口。<p>
　　HANDLE hCom;<p>
　　DWORD dwError;<p>
　　DCB dcb;<p>
　　COMMTIMEOUTS timeOuts;<p>
　　If(hCom=CreateFile("COM1",//打开COM1口<p>
　　GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,//允许读写<p>
　　0,//独占方式<p>
　　NULL,<p>
　　OPEN_EXITING,//打开而不是创建<p>
　　FILE_ATTRIBUTE_NORMAL|FILE_FLAG_OVERLAPPED,<p>
　　//重叠方式<p>
　　NULL)==INVALID_HANDLE_VALUE)<p>
　　dwError=GetLastError();<p>
　　...... //处理错误<p>
　　SetCommTimeouts(hCom,&timeouts);<p>
　　//不使用超时，将timeouts结构设置为零<p>
　　SetupComm(hCom,1024,1024);//设置缓冲区大小<p>
　　GetCommState(hCom,&dcb);<p>
　　dcb.BaudRate=CBR_9600;//设置波特率<p>
　　dcb.ByteSize=8;<p>
　　......<p>
　　SetCommState(hCom,&dcb);<p>
　　(3)串口的读写<p>
　　串口的读写分别用ReadFile和WriteFile函数实现。前面已经指出，串口的读写既可以同步进行，也可以重叠(异步)执行，下面我们就以读串口为例，来讨论一下重叠I/O的实现方法。<p>
　　ReadFile函数的声明为: <p>
　　BOOL ReadFile(<p>
　　HANDLE hFile, //要读取的串口句柄<p>
　　LPVOID lpBuffer, //读缓冲区<p>
　　DWORD nNumberOfBytesToRead, //要求读入的字节数<p>
　　LPDWORD lpNumberOfBytesRead,//实际读入的字节数<p>
　　LPOVERLAPPED lpOverlapped <p>
　　//指向一个OVERLAPPED结构的指针 <p>
　　);<p>
　　要使用重叠I/O，除了要在CreateFile函数中指定FILE_FLAG_OVERLAPPED标志外，线程还需为ReadFile函数创建一OVERLAPPED结构，该结构包含一个事件对象句柄hEvent，它是读写函数是否完成的标志。如果读写操作还未完成，函数就返回，就把hEvent置于无信号状态，操作完成后，再将它设置成有信号的。为此，线程还要用CreateEvent函数创建一手工重置事件。<p>
　　读写操作完成后(包括超时)，函数返回TRUE，否则返回FALSE。需要注意的是，在使用重叠I/O时，读写操作还未完成，函数就有可能返回，此时函数返回FALSE，但操作并未失败。因此，当函数返回FALSE时，应立即调用GetLastError函数分析返回的结果。若返回结果为ERROR_IO_PENDING，则说明重叠操作还未完成，这时线程可以调用GetOverlappedResult结构等待操作完成。该函数的声明为：<p>
　　BOOL GetOverLappedResult(<p>
　　HANDLE hFile,<p>
　　LPOVERLAPPED lpOverlapped,<p>
　　LPDWORD lpNumberOfBytesTransferred,<p>
　　//实际传输的字节数<p>
　　BOOL bWait<p>
　　);<p>
　　将bWait设置为TRUE，函数就会等待lpOverLapped所指向的OVERLAPPED结构的hEvent事件，并报告实际传输的字节数等信息。<p>
　　下面我们就以一程序为例，来看一下以重叠方式读串口的基本方法：<p>
　　OVERLAPPED overlapped;<p>
　　DWORD dwWantLength,dwRealLength，dwErrorFlags;<p>
　　COMSATE ComSate;<p>
　　overlapped.hEvent=CreateEvent(NULL,TRUE,FALSE,NULL);<p>
　　if(!ReadFile(hCom,lpBuffer,dwWantLength,<p>
　　&dwRealLength,&overlapped));//读取串口<p>
　　///返回FALSE<p>
　　{<p>
　　if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING) <p>
　　//重叠操作正在进行 <p>
　　while(GetOverlappedResult(hCom,<p>
　　&overlappedresult, //等待重叠操作 <p>
　　&dwLength,TRUE))<p>
　　AfxMessageBox("Reading has finished!");<p>
　　else //发生错误<p>
　　{<p>
　　dwLength=0;<p>
　　ClearCommError(hCom,&dwErrorFlags,&ComSate);<p>
　　If(dwErrorFlags>0)<p>
　　AfxMessageBox("Reading error!");<p>
　　......//处理错误<p>
　　}<p>
　　else<p>
　　{......}<p>
<p>
　　3. 使用多线程机制<p>
　　在实际的串行通信应用中，通信请求的产生往往是随机的、突发性的。而Windows系统在接收到通信请求后，只和通信缓冲区进行数据交换，并不通知用户进程。这样，用户进程只能通过定时查询串口等方式进行通信，但往往会由于对通信请求反应的不及时而造成通信的错误及不可靠。<p>
　　Windows 95/98中，WIN32应用程序组采取的抢占式多任务方式与Windows 3.1下WIN16应用程序的协同多任务方式不同，它可以同时执行多个进程和多个线程。线程是一个代码单元，在操作系统运行时标志着代码运行流。每个进程都有私有的虚拟地址空间，并可以拥有多个线程，进程的所有线程共享同一地址空间。每个线程被CPU分配一个时间片，一旦被激活，它正常运行到时间片耗尽并被挂起，然后操作系统选择另一线程进行工作。通过时间片轮转，又由于时间片很小，大约20毫秒级，就像多个线程在同时运行，这样可以充分挖掘CPU的潜力，增强用户进程的反应能力，以及进行后台处理，从而提高用户进程的效率。<p>
　　为此，我们可以利用Windows 95/98系统的抢占式多任务的特点，在用户进程的主线程之外，再建立一个通信监视线程，来监视通信事件的发生。<p>
　　在WIN32应用程序中，线程被分为两类：工作线程(Worker Thread)和用户界面线程(User Interface Thread)。前者常用于处理后台任务，执行这些后台任务并不会耽搁用户对应用程序的使用。鉴于工作线程的这些特点，我们就利用它来监视串口。工作线程的建立分两步来进行：首先编写线程控制函数，然后再启动线程。控制函数定义了线程。通常线程启动时，这个函数就被执行了。该函数的声明为：<p>
　　UINT CommProc(LPVOID pParam);<p>
　　线程的启动可使用全局函数AfxBeginThread。在调用该函数的时候，需要将控制函数的名称和控制函数的参数作为参数传递给它。<p>
　　还有一点需要声明，当我们建立专门的线程来监视串口时，需要指定被监视事件，即建立事件屏蔽。这就要调用SetCommMask函数。如果要得到当前的被监视变量，则可调用GetCommMask函数。然后，线程调用WaitCommEvent函数来监视被指定的事件。当指定范围内的某一事件发生后，线程就结束等待并把该事件的屏蔽码设置到事件屏蔽变量中。需要注意的是，WaitCommEvent只检测调用该函数后发生的事件。<p>
　　在具体的编程中，我们可以把串口的初始化、事件屏蔽变量的建立及启动监视线程的工作放在主线程中进行，监视线程主要负责监视串口事件并向主线程发送消息(读写工作也可放在监视线程中)。这样，要实现多线程异步输入输出，首先需要在串口的初始化代码中加入如下代码(这里，我们只以读串口为例)：<p>
　　SetCommMask(hCom,EV_ERR|EV_RXCHAR);<p>
　　//监视错误和输入缓冲区接收到新字符事件<p>
　　在初始化代码的最后添加：<p>
　　AfxBeginThread(WatchProc,pParam);<p>
　　然后，再构建线程控制函数：<p>
　　UINT WatchProc(LPVOID pParam)<p>
　　{ DWORD dwEventMask=0;//事件屏蔽变量<p>
　　WaitCommEvent(hCom,&dwEventMask,NULL);<p>
　　//等待指定事件的发生<p>
　　if((dwEventMask & EV_RXCHAR)==EV_RXCHAR)<p>
　　{......}//读缓冲区<p>
　　if((dwEventMask &EV_ERR)==EV_ERR)<p>
　　{......}//处理错误<p>
　　return 0;<p>
　　}<p>
<p>
　　4. 结束语<p>
　　以上给出了利用多线程机制和重叠I/O在Windows 95/98平台下实现串行通信的基本思想。在实际的工程应用中，如果能够灵活地加以利用，则对增强应用程序的灵活性、实时反应能力，以及提高程序的运行效率有很大的帮助。<p>
</font>
	 <table width=90% border=0 align=center>
	 <tr></tr>
	 </table>
	 <br>
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