基于多線程技術的串口通信的設計與研究

李可一，朱環娟，周鳳華

1.北京林業大學工學院自動化系，北京 100083

2.河北省承德市氣象局，河北承德 067000

3.華北電網有限公司承德供電公司，河北承德 067000

基于多線程技術的串口通信的設計與研究

李可一1，朱環娟2，周鳳華3

1.北京林業大學工學院自動化系，北京 100083

2.河北省承德市氣象局，河北承德 067000

3.華北電網有限公司承德供電公司，河北承德 067000

本文以VC++ 6.0為開發平臺，講述了如何使用32位的WindoWs API 串口通信函數，編程實現高效的多線程全雙工串口通信，并在闡述中給出了相關函數或代碼。實驗證明，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

串口是常用的計算機與外部設備之間的數據傳輸通道，由于使用其通信方便易行，且能實現數據的長遠距離傳輸，故應用極其廣泛。為此，根據不同的使用環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的文件I/O函數和通信函數，以方便我們編寫出所需的串口通信程序。目前，實現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。本文采用了第二種方法，且結合多線程技術，實現了更加靈活的串口通信程序設計。

1 編程實現過程

1.1 初始化端口

在Windows操作系統中，串行口是被作為文件來進行處理的，而不是直接對端口進行操作，為此我們使用某一個串口進行通信時，需首先調用API函數 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備句柄hCom。其中，該函數的第一個參數szPort標識將要開啟的端口號，第二個參數規定了端口讀寫屬性，剩下的參數中較重要的是設置FILE_FLAG_OVERLAPPED標識，即開啟重疊I/O的方式。在該模式下，當我們調用讀寫函數時，即使操作還未完成，被調用的函數也會立即返回，這樣費時的I/O操作會在后臺進行，使系統在這段時間可以去干別的事情，提高了系統的執行效率，且借用多線程技術還能實現讀、寫的同時進行。

接下來，需要根據需求，調用SetCommTimeouts(hCom, &m_ CommTimeouts);函數，設置COMMTIMEOUTS類型的結構體變量m_CommTimeouts。更改COMMTIMEOUTS結構體里面的成員變量，可以設置串口讀寫超時時間，以實現系統若未在指定時間內讀出或寫入指定數量的字符，就不再繼續，立即返回執行下一次的任務。然后，還需要分別調用SetCommState和SetupComm函數，設置端口的速率、數據位、輸入輸出緩沖區大小等配置信息。至此，就完成了串口的初始化并開啟操作。

1.2 串口讀寫的實現

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，除了設置重疊I/O外，再結合多線程技術，可以起到更好的效果。所謂多線程，就是指要計算機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。本文在設計通信程序時，建立了兩個工作者線程，一個用于不斷監視數據的接收，一個用于數據的發送。這樣，使程序實現了收發同時進行的全雙工工作方式，在實際應用中更有效率。

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

實際程序運行時，若發現讀、寫函數的返回值為假，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函數的返回值做進一步判斷。若返回為ERROR_IO_ PENDING，說明當前讀或寫操作還未完成，這時就可以掛起讀、寫線程，等待操作完成。而程序設計時有兩種等待方法：一種是用WaitForSingleObject等待函數來等待OVERLAPPED結構體中的成員hEvent為有信號狀態；另一種辦法是調用GetOverlappedResult函數等待，注意需要將該函數的bWait參數設為TRUE，那么該函數將會一直等待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結構體，里面包含有實際發送、接收字節等重疊操作的結果。

下面將分別給出讀、寫線程的關鍵代碼，并作適當分析。

1.2.2 串口讀操作

以上給出的即是接收數據線程的主要代碼，由于在實際使用中，我們想實時監控端口的數據輸入情況，做到輸入緩沖區一有數據傳來就立即執行讀取操作，故在程序中要建立一個定時器，設定一個監控的時間間隔，定點不斷執行以上工作者線程的代碼，以實現對端口的監控。另外，我們在線程中需要使用ClearCommError函數獲取輸入緩沖區的數據狀態，以判斷是否該開始讀取數據。

1.2.3 串口寫操作

以上所示的數據發送線程，我們只需在想要發送數據時創建、啟動線程即可。

2 結論

本文描述了在VC++上如何使用Win32 API中相關的通信函數，編程實現串口通訊程序，且采用多線程的程序設計思想，在重疊I/O的方式下，不僅提高了串口通信的效率，而且還實現了收發同時進行的全雙工工作方式，為計算機與外部設備通過串口通信提供了更靈活的方案。

[1]胡春燕.基于VC的串口通信的實現[J].福建電腦，2005(10).

[2]闞能琪. VC ++ 串口通信中多線程技術的應用研究[J].西華大學學報：自然科學版，2005，7.

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

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

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