VC串口通信实例

12. 4 一个通信演示程序为了使读者更好地掌握本章的概念，这里举一个具体实例来说明问题。如图12.1所示，例子程序名为Terminal，是一个简单的TTY终端仿真程序。读者可以用该程序打开一个串行口，该程序会把用户的键盘输入发送给串行口，并把从串口接收到的字符显示在视图中。用户通过选择File-Connect命令来打开串行口，选择File-Disconnect命令则关闭串行口。图12.1 Terminal终端仿真程序当用户选择File-Settings.命令时，会弹出一个Communication settings对话框，如图12.2所示。该对话框主要用来设置串行口，包括端口、波特率、每字节位数、校验、停止位数和流控制。图12.2 Communication settings对话框通过该对话框也可以设置TTY终端仿真的属性，如果选择New Line（自动换行），那么每当从串口读到回车符(r)时，视图中的正文就会换行，否则，只有在读到换行符(n)时才会换行。如果选择Local echo（本地回显），那么发送的字符会在视图中显示出来。终端仿真程序的特点是数据的传输没有规律。因为键盘输入速度有限，所以发送的数据量较小，但接收的数据源是不确定的，所以有可能会有大量数据高速涌入的情况发生。根据Terminal的这些特性，我们在程序中创建了一个辅助工作者线程专门来监视串行口的输入。由于写入串行口的数据量不大，不会太费时，所以在主线程中完成写端口的任务是可以的，不必另外创建线程。现在就让我们开始工作。请读者按下面几步进行：用AppWizard建立一个名为Terminal的MFC应用程序。在MFC AppWizard对话框的第1步选择Single document，在第4步去掉Docking toolbar的选择，在第6步把CTerminalView的基类改为CEditView。在Terminal工程的资源视图中打开IDR_MAINFRAME菜单资源。去掉Edit菜单和View菜单，并去掉File菜单中除Exit以外的所有菜单项。然后在File菜单中加入三个菜单项，如表12.5所示。表12.5 新菜单项标题 ID Settings. ID_FILE_SETTINGS Connect ID_FILE_CONNECT Disconnect ID_FILE_DISCONNECT 用ClassWizard为CTerminalDoc类创建三个与上表菜单消息对应的命令处理函数，使用缺省的函数名。为ID_FILE_CONNECT和ID_FILE_DISCONNECT命令创建命令更新处理函数。另外，用ClassWizard为该类加入CanCloseFrame成员函数。用ClassWizard为CTerminalView类创建OnChar函数，该函数用来把用户键入的字符向串行口输出。新建一个对话框模板资源，令其ID为IDD_COMSETTINGS。请按图12.2和表12.6设计对话框模板。表12.6 通信设置对话框中的主要控件控件 ID 属性设置 Base options组框 缺省 标题为Base options Port组合框 IDC_PORT Drop List，不选Sort，初始列表为COM1、COM2、COM3、COM4 Baud rate组合框 IDC_BAUD Drop List，不选Sort，初始列表为300、600、1200、2400、9600、14400、19200、38400、57600 Data bits组合框 IDC_DATABITS Drop List，不选Sort，初列表为5、6、7、8 Parity组合框 IDC_PARITY Drop List，不选Sort，初列表为None、Even、Odd Stop bits组合框 IDC_STOPBITS Drop List，不选Sort，初列表为1、1.5、2 Flow control组框 缺省 标题为Flow control None单选按钮 IDC_FLOWCTRL 标题为None，选择Group属性 RTS/CTS单选按钮 缺省 标题为RTS/CTS XON/XOFF单选按钮 缺省 标题为XON/XOFF TTY options组框 缺省 标题为TTY options New line检查框 IDC_NEWLINE 标题为New line Local echo检查框 IDC_ECHO 标题为Local echo 打开ClassWizard，为IDD_COMSETTINGS模板创建一个名为CSetupDlg的对话框类。为该类加入OnInitDialog成员函数，并按表12.7加入数据成员。表12.7 CSetupDlg类的数据成员控件ID 变量名 数据类型 IDC_BAND m_sBaud CString IDC_DATABITS m_sDataBits CString IDC_ECHO m_bEcho BOOL IDC_FLOWCTRL m_nFlowCtrl int IDC_NEWLINE m_bNewLine BOOL IDC_PARITY m_nParity int IDC_PORT m_sPort CString IDC_STOPBITS m_nStopBits int 按清单12.6、12.7和12.8修改程序。清单12.6列出了CTerminalDoc类的部分代码，清单12.7是CTerminalView的部分代码，清单12.8是CSetupDlg类的部分代码。在本例中使用了WM_COMMNOTIFY消息。虽然在Win32中，WM_COMMNOTIFY消息已经取消，系统自己不会产生该消息，但Visual C+对该消息的定义依然保留。考虑到使用习惯，Terminal程序辅助线程通过发送该消息来通知视图有通信事件发生。清单12.6 CTerminalDoc类的部分代码/ TerminalDoc.h : interface of the CTerminalDoc class/#define MAXBLOCK 2048#define XON 0x11#define XOFF 0x13UINT CommProc(LPVOID pParam);class CTerminalDoc : public CDocumentprotected: / create from serialization onlyCTerminalDoc();DECLARE_DYNCREATE(CTerminalDoc)/ Attributespublic:CWinThread* m_pThread; / 代表辅助线程volatile BOOL m_bConnected;volatile HWND m_hTermWnd;volatile HANDLE m_hPostMsgEvent; / 用于WM_COMMNOTIFY消息的事件对象OVERLAPPED m_osRead, m_osWrite; / 用于重叠读/写volatile HANDLE m_hCom; / 串行口句柄int m_nBaud;int m_nDataBits;BOOL m_bEcho;int m_nFlowCtrl;BOOL m_bNewLine;int m_nParity;CString m_sPort;int m_nStopBits;/ Operationspublic:BOOL ConfigConnection();BOOL OpenConnection();void CloseConnection();DWORD ReadComm(char *buf,DWORD dwLength);DWORD WriteComm(char *buf,DWORD dwLength);/ Overrides. . .;/ TerminalDoc.cpp : implementation of the CTerminalDoc class/#include SetupDlg.hCTerminalDoc:CTerminalDoc()/ TODO: add one-time construction code herem_bConnected=FALSE;m_pThread=NULL;m_nBaud = 9600;m_nDataBits = 8;m_bEcho = FALSE;m_nFlowCtrl = 0;m_bNewLine = FALSE;m_nParity = 0;m_sPort = COM2;m_nStopBits = 0;CTerminalDoc:CTerminalDoc()if(m_bConnected)CloseConnection();/ 删除事件句柄if(m_hPostMsgEvent)CloseHandle(m_hPostMsgEvent);if(m_osRead.hEvent)CloseHandle(m_osRead.hEvent);if(m_osWrite.hEvent)CloseHandle(m_osWrite.hEvent);BOOL CTerminalDoc:OnNewDocument()if (!CDocument:OnNewDocument()return FALSE;(CEditView*)m_viewList.GetHead()-SetWindowText(NULL);/ TODO: add reinitialization code here/ (SDI documents will reuse this document)/ 为WM_COMMNOTIFY消息创建事件对象，手工重置，初始化为有信号的if(m_hPostMsgEvent=CreateEvent(NULL, TRUE, TRUE, NULL)=NULL)return FALSE;memset(&m_osRead, 0, sizeof(OVERLAPPED);memset(&m_osWrite, 0, sizeof(OVERLAPPED);/ 为重叠读创建事件对象，手工重置，初始化为无信号的if(m_osRead.hEvent=CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL)=NULL)return FALSE;/ 为重叠写创建事件对象，手工重置，初始化为无信号的if(m_osWrite.hEvent=CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL)=NULL)return FALSE;return TRUE;void CTerminalDoc:OnFileConnect() / TODO: Add your command handler code hereif(!OpenConnection()AfxMessageBox(Cant open connection);void CTerminalDoc:OnFileDisconnect() / TODO: Add your command handler code hereCloseConnection(); void CTerminalDoc:OnUpdateFileConnect(CCmdUI* pCmdUI) / TODO: Add your command update UI handler code herepCmdUI-Enable(!m_bConnected);void CTerminalDoc:OnUpdateFileDisconnect(CCmdUI* pCmdUI) / TODO: Add your command update UI handler code herepCmdUI-Enable(m_bConnected);/ 打开并配置串行口，建立工作者线程BOOL CTerminalDoc:OpenConnection()COMMTIMEOUTS TimeOuts;POSITION firstViewPos;CView *pView;firstViewPos=GetFirstViewPosition();pView=GetNextView(firstViewPos);m_hTermWnd=pView-GetSafeHwnd();if(m_bConnected)return FALSE;m_hCom=CreateFile(m_sPort, GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL,OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL | FILE_FLAG_OVERLAPPED, NULL); / 重叠方式if(m_hCom=INVALID_HANDLE_VALUE)return FALSE;SetupComm(m_hCom,MAXBLOCK,MAXBLOCK);SetCommMask(m_hCom, EV_RXCHAR);/ 把间隔超时设为最大，把总超时设为0将导致ReadFile立即返回并完成操作TimeOuts.ReadIntervalTimeout=MAXDWORD; TimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier=0; TimeOuts.ReadTotalTimeoutConstant=0; /* 设置写超时以指定WriteComm成员函数中的GetOverlappedResult函数的等待时间*/TimeOuts.WriteTotalTimeoutMultiplier=50; TimeOuts.WriteTotalTimeoutConstant=2000;SetCommTimeouts(m_hCom, &TimeOuts);if(ConfigConnection()m_pThread=AfxBeginThread(CommProc, this, THREAD_PRIORITY_NORMAL, 0, CREATE_SUSPENDED, NULL); / 创建并挂起线程if(m_pThread=NULL)CloseHandle(m_hCom);return FALSE;elsem_bConnected=TRUE;m_pThread-ResumeThread(); / 恢复线程运行elseCloseHandle(m_hCom);return FALSE;return TRUE;/ 结束工作者线程，关闭串行口void CTerminalDoc:CloseConnection()if(!m_bConnected) return;m_bConnected=FALSE;/结束CommProc线程中WaitSingleObject函数的等待SetEvent(m_hPostMsgEvent); /结束CommProc线程中WaitCommEvent的等待SetCommMask(m_hCom, 0); /等待辅助线程终止WaitForSingleObject(m_pThread-m_hThread, INFINITE);m_pThread=NULL;CloseHandle(m_hCom);/ 让用户设置串行口void CTerminalDoc:OnFileSettings() / TODO: Add your command handler code hereCSetupDlg dlg;CString str;dlg.m_bConnected=m_bConnected;dlg.m_sPort=m_sPort;str.Format(%d,m_nBaud);dlg.m_sBaud=str;str.Format(%d,m_nDataBits);dlg.m_sDataBits=str;dlg.m_nParity=m_nParity;dlg.m_nStopBits=m_nStopBits;dlg.m_nFlowCtrl=m_nFlowCtrl;dlg.m_bEcho=m_bEcho;dlg.m_bNewLine=m_bNewLine;if(dlg.DoModal()=IDOK)m_sPort=dlg.m_sPort;m_nBaud=atoi(dlg.m_sBaud);m_nDataBits=atoi(dlg.m_sDataBits);m_nParity=dlg.m_nParity;m_nStopBits=dlg.m_nStopBits;m_nFlowCtrl=dlg.m_nFlowCtrl;m_bEcho=dlg.m_bEcho;m_bNewLine=dlg.m_bNewLine;if(m_bConnected)if(!ConfigConnection()AfxMessageBox(Cant realize the settings!);/ 配置串行口BOOL CTerminalDoc:ConfigConnection()DCB dcb;if(!GetCommState(m_hCom, &dcb)return FALSE;dcb.fBinary=TRUE;dcb.BaudRate=m_nBaud; / 波特率dcb.ByteSize=m_nDataBits; / 每字节位数dcb.fParity=TRUE;switch(m_nParity) / 校验设置case 0: dcb.Parity=NOPARITY;break;case 1: dcb.Parity=EVENPARITY;break;case 2: dcb.Parity=ODDPARITY;break;default:;switch(m_nStopBits) / 停止位case 0: dcb.StopBits=ONESTOPBIT;break;case 1: dcb.StopBits=ONE5STOPBITS;break;case 2: dcb.StopBits=TWOSTOPBITS;break;default:;/ 硬件流控制设置dcb.fOutxCtsFlow=m_nFlowCtrl=1;dcb.fRtsControl=m_nFlowCtrl=1?RTS_CONTROL_HANDSHAKE:RTS_CONTROL_ENABLE;/ XON/XOFF流控制设置dcb.fInX=dcb.fOutX=m_nFlowCtrl=2;dcb.XonChar=XON;dcb.XoffChar=XOFF;dcb.XonLim=50;dcb.XoffLim=50;return SetCommState(m_hCom, &dcb);/ 从串行口输入缓冲区中读入指定数量的字符DWORD CTerminalDoc:ReadComm(char *buf,DWORD dwLength)DWORD length=0;COMSTAT ComStat;DWORD dwErrorFlags;ClearCommError(m_hCom,&dwErrorFlags,&ComStat);length=min(dwLength, ComStat.cbInQue);ReadFile(m_hCom,buf,length,&length,&m_osRead);return length;/ 将指定数量的字符从串行口输出DWORD CTerminalDoc:WriteComm(char *buf,DWORD dwLength)BOOL fState;DWORD length=dwLength;COMSTAT ComStat;DWORD dwErrorFlags;ClearCommError(m_hCom,&dwErrorFlags,&ComStat);fState=WriteFile(m_hCom,buf,length,&length,&m_osWrite);if(!fState)if(GetLastError()=ERROR_IO_PENDING)GetOverlappedResult(m_hCom,&m_osWrite,&length,TRUE);/ 等待elselength=0;return length;/ 工作者线程，负责监视串行口UINT CommProc(LPVOID pParam)OVERLAPPED os;DWORD dwMask, dwTrans;COMSTAT ComStat;DWORD dwErrorFlags;CTerminalDoc *pDoc=(CTerminalDoc*)pParam;memset(&os, 0, sizeof(OVERLAPPED);os.hEvent=CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);if(os.hEvent=NULL)AfxMessageBox(Cant create event object!);return (UINT)-1;while(pDoc-m_bConnected)ClearCommError(pDoc-m_hCom,&dwErrorFlags,&ComStat);if(ComStat.cbInQue)/ 无限等待WM_COMMNOTIFY消息被处理完WaitForSingleObject(pDoc-m_hPostMsgEvent, INFINITE);ResetEvent(pDoc-m_hPostMsgEvent);/ 通知视图PostMessage(pDoc-m_hTermWnd, WM_COMMNOTIFY, EV_RXCHAR, 0);continue;dwMask=0;if(!WaitCommEvent(pDoc-m_hCom, &dwMask, &os) / 重叠操作if(GetLastError()=ERROR_IO_PENDING)/ 无限等待重叠操作结果GetOverlappedResult(pDoc-m_hCom, &os, &dwTrans, TRUE);elseCloseHandle(os.hEvent);return (UINT)-1;CloseHandle(os.hEvent);return 0;BOOL CTerminalDoc:CanCloseFrame(CFrameWnd* pFrame) / TODO: Add your specialized code here and/or call the base classSetModifiedFlag(FALSE); / 将文档的修改标志设置成未修改return CDocument:CanCloseFrame(pFrame);毫无疑问，CTerminalDoc类是研究重点。该类负责Terminal的通信任务，主要包括设置通信参数、打开和关闭串行口、建立和终止辅助工作线程、用辅助线程监视串行口等等。在CTerminalDoc类的头文件中，有些变量是用volatile关键字声明的。当两个线程都要用到某一个变量且该变量的值会被改变时，应该用volatile声明，该关键字的作用是防止优化编译器把变量从内存装入CPU寄存器中。如果变量被装入寄存器，那么两个线程有可能一个使用内存中的变量，一个使用寄存器中的变量，这会造成程序的错误执行。成员m_bConnected用来表明当前是否存在一个通信连接。m_hTermWnd用来保存是视图的窗口句柄。m_hPostMsgEvent事件对象用于WM_COMMNOTIFY消息的允许和禁止。m_pThread用来指向AfxBeginThread创建的CWinThread对象，以便对线程进行控制。OVERLAPPED结构m_osRead和m_osWrite用于串行口的重叠读/写，程序应该为它们的hEvent成员创建事件句柄。CTerminalDoc类的构造函数主要完成一些通信参数的初始化工作。OnNewDocument成员函数创建了三个事件对象，CTerminalDoc的析构函数关闭串行口并删除事件对象句柄。OnFileSettings是File-Settings.的命令处理函数，该函数弹出一个CSetupDlg对话框来设置通信参数。实际的设置工作由ConfigConnection函数完成，在OpenConnection和OnFileSettings中都会调用该函数。OpenConnection负责打开串行口并建立辅助工作线程，当用户选择了File-Connect命令时，消息处理函数OnFileConnect将调用该函数。该函数调用CreateFile以重叠方式打开指定的串行口并把返回的句柄保存在m_hCom成员中。接着，函数对m_hCom通信设备进行各种设置。需要注意的是对超时的设定，将读间隔超时设置为MAXDWORD并使其它读超时参数为0会导致ReadFile函数立即完成操作并返回，而不管读入了多少字符。设置超时就规定了GetOverlappedResult函数的等待时间，因此有必要将写超时设置成适当的值，这样如果不能完成写串口的任务，GetOverlappedResult函数会在超过规定超时后结束等待并报告实际传输的字符数。如果对m_hCom设置成功，则函数会建立一个辅助线程并暂时将其挂起。在最后，调用CWinThread: ResumeThread使线程开始运行。OpenConnection调用成功后，线程函数CommProc就开始工作。该函数的主体是一个while循环，在该循环内，混合了两种方法监视串行口输入的方法。先是调用ClearCommError函数查询输入缓冲区中是否有字符，如果有，就向视图发送WM_COMMNOTIFY消息通知其接收字符。如果没有，则调用WaitCommEvent函数监视EV_RXCHAR通信事件，该函数执行重叠操作，紧接着调用的GetOverlappedResult函数无限等待通信事件，如果EV_RXCHAR事件发生（串口收到字符并放入输入缓冲区中），那么函数就结束等待。上述两种方法的混合使用兼顾了线程的效率和可靠性。如果只用ClearCommError函数，则辅助线程将不断耗费CPU时间来查询，效率较低。如果只用WaitCommEvent来监视，那么由于该函数对输入缓冲区中已有的字符不会产生EV_RXCHAR事件，因此在通信速率较高时，会造成数据的延误和丢失。注意到辅助线程用m_PostMsgEvent事件对象来同步WM_COMMNOTIFY消息的发送。在发送消息之前，WaitForSingleObject函数无限等待m_PostMsgEvent对象，WM_COMMNOTIFY的消息处理函数CTerminalView:OnCommNotify在返回时会把该对象置为有信号，因此，如果WaitForSingleObject函数返回，则说明上一个WM_COMMNOTIFY消息已被处理完，这时才能发下一个消息，在发消息前还要调用ResetEvent把m_PostMsgEvent对象置为无信号的，以供下次使用。由于PostMessage函数在消息队列中放入消息后会立即返回，所以如果不采取上述措施，那么辅助线程可能在主线程未处理之前重复发出WM_COMMNOTIFY消息，这会降低系统的效率。可能有读者会问，为什么不用SendMessage？该函数在发送的消息被处理完毕后才返回，这样不就不用考虑同步问题了吗？是的，本例中也可以使用SendMessage，但该函数会阻塞辅助线程的执行直到消息处理完毕，这会降低效率。如果用PostMessage，那么在函数立即返回后线程还可以干别的事情，因此，考虑到效率问题，这里使用了PostMessage而不是SendMessage。函数ReadComm和WriteComm分别用来从m_hCom通信设备中读/写指定数量的字符。ReadComm函数很简单，由于对读超时的特殊设定，ReadFile函数会立即返回并完成操作，并在length变量中报告实际读入的字符数。此时，没有必要调用等待函数或GetOverlappedResult。在WriteComm中，调用GerOverlappedResult来等待操作结果，直到超时发生。不管是否超时，该函数在结束等待后都会报告实际的传输字符数。CloseConnection函数的主要任务是终止辅助线程并关闭m_hCom通信设备。为了终止线程，该函数设置了一系列信号，以结束辅助线程中的等待和循环，然后调用WaitForSingleObject等待线程结束。清单12.7 CTerminalView类的部分代码/ TerminalView.h : interface of the CTerminalView class/class CTerminalView : public CEditView. . .afx_msg LRESULT OnCommNotify(WPARAM wParam, LPARAM lParam);DECLARE_MESSAGE_MAP();/ TerminalView.cpp : implementation of the CTerminalView class/BEGIN_MESSAGE_MAP(CTerminalView, CEditView). . .ON_MESSAGE(WM_COMMNOTIFY, OnCommNotify)END_MESSAGE_MAP()LRESULT CTerminalView:OnCommNotify(WPARAM wParam, LPARAM lParam)char bufMAXBLOCK/4;CString str;int nLength, nTextLength;CTerminalDoc* pDoc=GetDocument();CEdit& edit=GetEditCtrl();if(!pDoc-m_bConnected | (wParam & EV_RXCHAR)!=EV_RXCHAR) / 是否是EV_RXCHAR事件?SetEvent(pDoc-m_hPostMsgEvent); / 允许发送下一个WM_COMMNOTIFY消息return 0L;nLength=pDoc-ReadComm(buf,100);if(nLength)nTextLength=edit.GetWindowTextLength();edit.SetSel(nTextLength,nTextLength); /移动插入光标到正文末尾for(int i=0;im_bNewLine) break;case n: / 换行str+=rn;break;case b: / 退格edit.SetSel(-1, 0);edit.ReplaceSel(str);nTextLength=edit.GetWindowTextLength();edit.SetSel(nTextLength-1,nTextLength);edit.Replace