序列通訊的基本原理及用MFC實現串列埠通訊程式設計 (轉)

gugu99發表於2008-05-24
序列通訊的基本原理及用MFC實現串列埠通訊程式設計 (轉)[@more@]  在應用的開發中,我們常常需要面臨與外圍資料來源裝置通訊的問題。和微控制器(如MCS-51)都具有通訊口,可以設計相應的串列埠通訊程式,完成二者之間的資料通訊任務。

  實際工作中利用串列埠完成通訊任務的時候非常之多。已有一些文章介紹串列埠的文章在計算機雜誌上發表。但總的感覺說來不太全面,特別是介紹32位下程式設計的更少,且很不詳細。筆者在實際工作中積累了較多,結合、,重點提及比較新的技術,及需要注意的要點作一番探討。希望對各位需要編寫串列埠通訊程式的朋友有一些幫助。

一.序列通訊的基本原理

串列埠的本質功能是作為和序列裝置間的編碼轉換器。當資料從 CPU經過串列埠傳送出去時,位元組資料轉換為序列的位。在接收資料時,序列的位被轉換為位元組資料。

在Windows環境(、、)下,串列埠是資源的一部分。

應用程式要使用串列埠進行通訊,必須在使用之前向提出資源申請要求(開啟串列埠),通訊完成後必須釋放資源(關閉串列埠)。

串列埠通訊程式的流程如下圖:

二.串列埠訊號線的接法

一個完整的RS-232C介面有22根線,採用標準的25芯插頭座(或者9芯插頭座)。25芯和9芯的主要訊號線相同。以下的介紹是以25芯的RS-232C為例。

①主要訊號線定義:

     2腳:傳送資料TXD; 3腳:接收資料RXD; 4腳:請求傳送RTS; 5腳:清除傳送CTS;

     6腳:資料裝置就緒DSR;20腳:資料終端就緒DTR; 8腳:資料載波檢測DCD;

1腳:保護地;   7腳:訊號地。

②電氣特性:

資料傳輸速率最大可到20K bps,最大距離僅15m.

注:看了的MSDN 6.0,其Windows 中關於序列通訊裝置(不一定都是串列埠RS-232C或RS-422或RS-449)速率的設定,最大可支援到RS_256000,即256K bps! 也不知道到底是什麼序列通訊裝置?但不管怎樣,一般主機和微控制器的串列埠通訊大多都在9600 bps,可以滿足通訊需求。

③介面的典型應用:

大多數計算機應用系統與智慧單元之間只需使用3到5根訊號線即可工作。這時,除了TXD、RXD以外,還需使用RTS、CTS、DCD、DTR、DSR等訊號線。(當然,在程式中也需要對相應的訊號線進行設定。)

   以上接法,在設計程式時,直接進行資料的接收和傳送就可以了,不需要   對訊號線的狀態進行判斷或設定。(如果應用的場合需要使用握手訊號等,需要對相應的訊號線的狀態進行監測或設定。)

三.16位串列埠應用程式的簡單回顧

  16位串列埠應用程式中,使用的16位的Windows API通訊:

① OpenComm() 開啟串列埠資源,並指定輸入、輸出緩衝區的大小(以位元組計);

   CloseComm() 關閉串列埠;

   例:int idComDev;

idComDev = OpenComm("COM1", 1024, 128);

CloseComm(idComDev);

② BuildCommDCB() 、setCommState()填寫裝置控制塊DCB,然後對已開啟的串列埠進行引數;

   例:DCB dcb;

BuildCommDCB("COM1:2400,n,8,1", &dcb);

SetCommState(&dcb);

③ ReadComm 、WriteComm()對串列埠進行讀寫操作,即資料的接收和傳送.

   例:char *m_pRecieve; int count;

     ReadComm(idComDev,m_pRecieve,count);

     Char wr[30]; int count2;

     WriteComm(idComDev,wr,count2);

16位下的串列埠通訊程式最大的特點就在於:串列埠等外部裝置的操作有自己特有的API函式;而32位程式則把串列埠操作(以及並口等)和操作統一起來了,使用類似的操作。

四.在MFC下的32位串列埠應用程式

32位下串列埠通訊程式可以用兩種方法實現:利用;使用API 通訊函式。

使用ActiveX控制元件,程式實現非常簡單,結構清晰,缺點是欠靈活;使用API 通訊函式的優缺點則基本上相反。

以下介紹的都是在單文件(SDI)應用程式中加入串列埠通訊能力的程式。

㈠ 使用ActiveX控制元件:
VC++ 6.0提供的Mmm控制元件透過串列埠傳送和接收資料,為應用程式提供序列通訊功能。使用非常方便,但可惜的是,很少有介紹MSComm控制元件的資料。

  ⑴.在當前的Workspace中插入MSComm控制元件。

   Project選單------&gtAdd to Project----&gtComponents and Controls-----&gtRegistered

   ActiveX Controls---&gt選擇Components: Communications Control,

   version 6.0 插入到當前的Workspace中。

結果新增了類CMSComm(及相應檔案:mscomm.h和mscomm.cpp )。

  ⑵.在MainFrm.h中加入MSComm控制元件。

protected:

   CMSComm m_ComPort;

在Mainfrm.cpp::OnCreare()中:

  D style=WS_VISIBLE|WS_CHILD;

   if (!m_ComPort.Create(NULL,style,CRect(0,0,0,0),this,ID_COMMCTRL)){

TRACE0("Failed to create OLE Communications Control ");

return -1;   // fail to create

    }

  ⑶.初始化串列埠

m_ComPort.SetCommPort(1);  //選擇COM?

m_ComPort. SetInBufferSize(1024); //設定輸入緩衝區的大小,Bytes

m_ComPort. SetOutBufferSize(512); //設定輸入緩衝區的大小,Bytes//

if(!m_ComPort.GetPortOpen()) //開啟串列埠

m_ComPort.SetPortOpen(TRUE);

m_ComPort.SetInputMode(1); //設定輸入方式為二進位制方式

m_ComPort.SetSettings("9600,n,8,1"); //設定波特率等引數

m_ComPort.SetRThreshold(1); //為1表示有一個字元引發一個事件

     m_ComPort.SetInputLen(0);

⑷.捕捉串列埠事項。MSComm控制元件可以採用輪詢或事件的方法從埠獲取資料。我們介紹比較使用的事件驅動方法:有事件(如接收到資料)時通知程式。在程式中需要捕獲並處理這些通訊事件。

在MainFrm.h中:

protected:

afx_msg void OnCommMscomm();

DECLARE_EVENTSINK_MAP()

在MainFrm.cpp中:

BEGIN_EVENTSINK_MAP(CMainFrame,CFrameWnd )  

ON_EVENT(CMainFrame,ID_COMMCTRL,1,OnCommMscomm,VTS_NONE)

           //對映ActiveX控制元件事件

END_EVENTSINK_MAP()

⑸.串列埠讀寫. 完成讀寫的函式的確很簡單,GetInput()和SetOutput()就可。兩個函式的原型是:

VARIANT GetInput();及 void SetOutput(const VARIANT& newValue);都要使用VARIANT型別(所有Idispatch::Invoke的引數和返回值在內部都是作為VARIANT處理的)。

無論是在PC機讀取資料時還是在PC機傳送下行命令時,我們都習慣於使用字串的形式(也可以說是陣列形式)。查閱VARIANT文件知道,可以用BSTR表示字串,但遺憾的是所有的BSTR都是包含寬字元,即使我們沒有定義_UNICODE_UNICODE也是這樣! WinNT支援寬字元, 而Win95並不支援。為解決上述問題,我們在實際工作中使用CbyteArray,給出相應的部分程式如下:

    void CMainFrame::OnCommMscomm(){

     VARIANT vResponse;   int k;

if(m_commCtrl.GetCommEvent()==2) {      

k=m_commCtrl.GetInBufferCount(); //接收到的字元數目

if(k>0) {

vResponse=m_commCtrl.GetInput(); //read

SaveData(k,(unsigned char*) vResponse.parray->pvData);

} // 接收到字元,MSComm控制元件傳送事件 }

   。。。。。 // 處理其他MSComm控制元件

}

void CMainFrame::OnCommSend() {

。。。。。。。。 // 準備需要傳送的命令,放在TxData[]中

CByteArray array;

array.RemoveAll();

array.SetSize(Count);

for(i=0;i
array.SetAt(i, TxData[i]);

   m_ComPort.SetOutput(COleVariant(array)); // 傳送資料

}

請大家認真關注第⑷、⑸中內容,在實際工作中是重點、難點所在。

㈡ 使用32位的API 通訊函式:

可能很多朋友會覺得奇怪:用32位API函式編寫串列埠通訊程式,不就是把16位的API換成32位嗎?16位的串列埠通訊程式可是多年之前就有很多人研討過了……

此文主要想介紹一下在API串列埠通訊中如何結合非阻塞通訊、多執行緒等手段,編寫出高質量的通訊程式。特別是在CPU處理任務比較繁重、與外圍裝置中有大量的通訊資料時,更有實際意義。

⑴.在中MainFrm.cpp定義全域性變數

HANDLE    hCom; // 準備開啟的串列埠的控制程式碼

HANDLE    hCommWatchThread ;//輔助執行緒的全域性函式

⑵.開啟串列埠,設定串列埠

h=CreateFile( "COM2", GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, // 允許讀寫

         0,          // 此項必須為0

         NULL,         // no security attrs

         OPEN_EXISTING,    //設定產生方式

         FILE_FLAG_OVERLAPPED, // 我們準備使用非同步通訊

         NULL );

請大家注意,我們使用了FILE_FLAG_OVERLAPPED結構。這正是使用API實現非阻塞通訊的關鍵所在。

ASSERT(hCom!=INVALID_HANDLE_VALUE); //檢測開啟串列埠操作是否成功

SetCommMask(hCom, EV_RXCHAR|EV_TXEMPTY );//設定事件驅動的型別

SetupComm( hCom, 1024,512) ; //設定輸入、輸出緩衝區的大小

PurgeComm( hCom, PURGE_TXABORT | PURGE_RXABORT | PURGE_TXCLEAR

           | PURGE_RXCLEAR ); //清乾淨輸入、輸出緩衝區

COMMTIMEOUTS CommTimeOuts ; //定義超時結構,並填寫該結構

   …………

SetCommTimeouts( hCom, &CommTimeOuts ) ;//設定讀寫操作所允許的超時

DCB    dcb ; // 定義資料控制塊結構

GetCommState(hCom, &dcb ) ; //讀串列埠原來的引數設定

dcb.BaudRate =9600; dcb.ByteSize =8; dcb.Parity = NOPARITY;

dcb.StopBits = ONESTOPBIT ;dcb.fBinary = TRUE ;dcb.fParity = FALSE;

SetCommState(hCom, &dcb ) ; //串列埠引數配置

上述的COMMTIMEOUTS結構和DCB都很重要,實際工作中需要仔細選擇引數。

⑶啟動一個輔助執行緒,用於串列埠事件的處理。

Windows提供了兩種執行緒,輔助執行緒和介面執行緒。區別在於:輔助執行緒沒有視窗,所以它沒有自己的訊息迴圈。但是輔助執行緒很容易程式設計,通常也很有用。

在次,我們使用輔助執行緒。主要用它來監視串列埠狀態,看有無資料到達、通訊有無錯誤;而主執行緒則可專心進行資料處理、提供友好的使用者介面等重要的工作。

hCommWatchThread=

     CreateThread( (LPSECURITY_ATTRIBUTES) NULL, //屬性

         0,//初始化執行緒棧的大小,預設為與主執行緒大小相同

         (LPTHREAD_START_ROUTINE)CommWatchProc, //執行緒的全域性函式

         GetSafeHwnd(), //此處傳入了主的控制程式碼

         0, &dwThreadID );

  ASSERT(hCommWatchThread!=NULL);

⑷為輔助執行緒寫一個全域性函式,主要完成資料接收的工作。請注意OVERLAPPED結構的使用,以及怎樣實現了非阻塞通訊。

UINT CommWatchProc(HWND hSendWnd){

  DWORD dwEvtMask=0 ;

  SetCommMask( hCom, EV_RXCHAR|EV_TXEMPTY );//有哪些串列埠事件需要監視?

  WaitCommEvent( hCom, &dwEvtMask, );// 等待串列埠通訊事件的發生

  檢測返回的dwEvtMask,知道發生了什麼串列埠事件:

  if ((dwEvtMask & EV_RXCHAR) == EV_RXCHAR){ // 緩衝區中有資料到達

  COMSTAT ComStat ; DWORD dwLength;

  ClearCommError(hCom, &dwErrorFlags, &ComStat ) ;

  dwLength = ComStat.cbInQue ; //輸入緩衝區有多少資料?

  if (dwLength > 0) {

BOOL fReadStat ;  

  fReadStat = ReadFile( hCom, lpBuffer,dwLength, &dwBytesRead;

            &READ_OS( npTTYInfo ) ); //讀資料

注:我們在CreareFile()時使用了FILE_FLAG_OVERLAPPED,現在ReadFile()也必須使用

  LPOVERLAPPED結構.否則,函式會不正確地報告讀操作已完成了.

    使用LPOVERLAPPED結構, ReadFile()立即返回,不必等待讀操作完成,實現非阻塞

    通訊.此時, ReadFile()返回FALSE, GetLastError()返回ERROR_IO_PENDING.

if (!fReadStat){

   if (GetLastError() == ERROR_IO_PENDING){

     while(!GetOverlappedResult(hCom,

       &READ_OS( npTTYInfo ), & dwBytesRead, TRUE )){

       dwError = GetLastError();

       if(dwError == ERROR_IO_INCOMPLETE) continue;

             //緩衝區資料沒有讀完,繼續

       …… ……      

   ::PostMessage((HWND)hSendWnd,WM_NOTIFYPROCESS,0,0);//通知主執行緒,串列埠收到資料  }

  所謂的非阻塞通訊,也即非同步通訊。是指在進行需要花費大量時間的資料讀寫操作(不僅僅是指序列通訊操作)時,一旦ReadFile()、WriteFile(), 就能立即返回,而讓實際的讀寫操作在後臺執行;相反,如使用阻塞通訊,則必須在讀或寫操作全部完成後才能返回。由於操作可能需要任意長的時間才能完成,於是問題就出現了。

非常阻塞操作還允許讀、寫操作能同時進行(即重疊操作?),在實際工作中非常有用。

要使用非阻塞通訊,首先在CreateFile()時必須使用FILE_FLAG_OVERLAPPED;然後在 ReadFile()時lpOverlapped引數一定不能為NULL,接著檢查函式呼叫的返回值,呼叫GetLastError(),看是否返回ERROR_IO_PENDING。如是,最後呼叫GetOverlappedResult()返回重疊操作(overlapped operation)的結果;WriteFile()的使用類似。

⑸.在主執行緒中傳送下行命令。

BOOL  fWriteStat ; char szBuffer[count];

       …………//準備好傳送的資料,放在szBuffer[]中

fWriteStat = WriteFile(hCom, szBuffer, dwBytesToWrite,

           &dwBytesWritten, &WRITE_OS( npTTYInfo ) ); //寫資料

注:我們在CreareFile()時使用了FILE_FLAG_OVERLAPPED,現在WriteFile()也必須使用   LPOVERLAPPED結構.否則,函式會不正確地報告寫操作已完成了.

   使用LPOVERLAPPED結構,WriteFile()立即返回,不必等待寫操作完成,實現非阻塞 通訊.此時, WriteFile()返回FALSE, GetLastError()返回ERROR_IO_PENDING.

int err=GetLastError();

if (!fWriteStat) {

   if(GetLastError() == ERROR_IO_PENDING){

    while(!GetOverlappedResult(hCom, &WRITE_OS( npTTYInfo ),

           &dwBytesWritten, TRUE )) {

      dwError = GetLastError();

      if(dwError == ERROR_IO_INCOMPLETE){

           // normal result if not finished

        dwBytesSent += dwBytesWritten; continue; }

    ......................

綜上,我們使用了多執行緒技術,在輔助執行緒中監視串列埠,有資料到達時依靠事件驅動,讀入資料並向主執行緒報告(傳送資料在主執行緒中,相對說來,下行命令的資料總是少得多);並且,WaitCommEvent()、ReadFile()、WriteFile()都使用了非阻塞通訊技術,依靠重疊(overlapped)讀寫操作,讓串列埠讀寫操作在後臺執行。

依託vc6.0豐富的功能,結合我們提及的技術,寫出有強大控制能力的串列埠通訊應用程式。就個人而言,我更偏愛API技術,因為控制手段要靈活的多,功能也要強大得多。


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