基于多线程技术的串口通信的设计与研究

2010-09-13李可一朱环娟周凤华

科技传播 2010年15期

关键词：全双工承德缓冲区

李可一，朱环娟，周凤华

1.北京林业大学工学院自动化系，北京 100083

2.河北省承德市气象局，河北承德 067000

3.华北电网有限公司承德供电公司，河北承德 067000

基于多线程技术的串口通信的设计与研究

李可一1，朱环娟2，周凤华3

1.北京林业大学工学院自动化系，北京 100083

2.河北省承德市气象局，河北承德 067000

3.华北电网有限公司承德供电公司，河北承德 067000

本文以VC++ 6.0为开发平台，讲述了如何使用32位的WindoWs API 串口通信函数，编程实现高效的多线程全双工串口通信，并在阐述中给出了相关函数或代码。实验证明，该方法有着较好的灵活性、可靠性与高效性。

VC++；串口通信；多线程；重叠I/O

0 引言

串口是常用的计算机与外部设备之间的数据传输通道，由于使用其通信方便易行，且能实现数据的长远距离传输，故应用极其广泛。为此，根据不同的使用环境灵活地编写出串口通信处理程序是必要的工作。在Windows上，微软专门提供了相应的文件I/O函数和通信函数，以方便我们编写出所需的串口通信程序。目前，实现串口通信的方法有两种。第一种，使用VC++提供的串口通信控件MSComm；第二种，使用32位的API 通信函数。本文采用了第二种方法，且结合多线程技术，实现了更加灵活的串口通信程序设计。

1 编程实现过程

1.1 初始化端口

在Windows操作系统中，串行口是被作为文件来进行处理的，而不是直接对端口进行操作，为此我们使用某一个串口进行通信时，需首先调用API函数 CreateFile(szPort,GENERIC_ READ|GENERIC_WRITE,0,NULL,OPEN_EXISTING,FILE_ ATTRIBUTE_NORMAL | FILE_FLAG_OVERLAPPED,NULL )；获取一个串口通信设备句柄hCom。其中，该函数的第一个参数szPort标识将要开启的端口号，第二个参数规定了端口读写属性，剩下的参数中较重要的是设置FILE_FLAG_OVERLAPPED标识，即开启重叠I/O的方式。在该模式下，当我们调用读写函数时，即使操作还未完成，被调用的函数也会立即返回，这样费时的I/O操作会在后台进行，使系统在这段时间可以去干别的事情，提高了系统的执行效率，且借用多线程技术还能实现读、写的同时进行。

接下来，需要根据需求，调用SetCommTimeouts(hCom, &m_ CommTimeouts);函数，设置COMMTIMEOUTS类型的结构体变量m_CommTimeouts。更改COMMTIMEOUTS结构体里面的成员变量，可以设置串口读写超时时间，以实现系统若未在指定时间内读出或写入指定数量的字符，就不再继续，立即返回执行下一次的任务。然后，还需要分别调用SetCommState和SetupComm函数，设置端口的速率、数据位、输入输出缓冲区大小等配置信息。至此，就完成了串口的初始化并开启操作。

1.2 串口读写的实现

1.2.1 多线程全双工通信

想要编写高效率的串口通信程序，除了设置重叠I/O外，再结合多线程技术，可以起到更好的效果。所谓多线程，就是指要计算机并行的处理不同的事情。在VC中线程分为用户界面线程和工作者线程，其主要区别是前者能够提供界面和用户的交互，而后者没有界面，用于处理后台任务。本文在设计通信程序时，建立了两个工作者线程，一个用于不断监视数据的接收，一个用于数据的发送。这样，使程序实现了收发同时进行的全双工工作方式，在实际应用中更有效率。

另外，值得注意的是使用重叠I/O需要创建OVERLAPPED结构以供读写函数，即ReadFile和WriteFile使用。而OVERLAPPED结构中最重要的成员是hEvent。hEvent是一个事件对象句柄，通过CreateEvent函数来创建，被用作线程的同步对象使用。如果读写函数未完成操作就返回，那么会将hEvent置为无信号状态。只有操作完成后（包括超时），hEvent才会置为有信号状态，这样我们就可以通过hEvent知晓当前通讯设备的读写状态。

实际程序运行时，若发现读、写函数的返回值为假，由于开启了重叠I/O方式，那么未必是指读写失败，此时需要通过GetLastError函数的返回值做进一步判断。若返回为ERROR_IO_ PENDING，说明当前读或写操作还未完成，这时就可以挂起读、写线程，等待操作完成。而程序设计时有两种等待方法：一种是用WaitForSingleObject等待函数来等待OVERLAPPED结构体中的成员hEvent为有信号状态；另一种办法是调用GetOverlappedResult函数等待，注意需要将该函数的bWait参数设为TRUE，那么该函数将会一直等待hEvent 事件，直到其有信号才返回。同时，利用GetOverlappedResult还可以返回一个OVERLAPPED结构体，里面包含有实际发送、接收字节等重叠操作的结果。

下面将分别给出读、写线程的关键代码，并作适当分析。

1.2.2 串口读操作

以上给出的即是接收数据线程的主要代码，由于在实际使用中，我们想实时监控端口的数据输入情况，做到输入缓冲区一有数据传来就立即执行读取操作，故在程序中要建立一个定时器，设定一个监控的时间间隔，定点不断执行以上工作者线程的代码，以实现对端口的监控。另外，我们在线程中需要使用ClearCommError函数获取输入缓冲区的数据状态，以判断是否该开始读取数据。

1.2.3 串口写操作