Win32串行通信中文版（Serial Communications In Win32）

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原文链接：http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ms810467.aspx 

         艾伦戴夫

         微软Windows开发者支持中心

          1995/12/11

         应用于：

• Microsoft? Win32?
• Microsoft Windows?

         摘要：学习Win32中的串口通信和16位Windows操作系统中的串口通信有很大的不同。这篇文章假设读者已经熟悉Win32下多线程和同步的基本原理。另外，如果对Win32中的heap功能如果有基础的了解，将使读者在完全理解这篇文章中提到的多线程TTY（MTTTY）例子的内存管理方法上是很有用的。 

综述

        Win32中的串口通信和16位Windows中的串口通信有显著的不同。那些熟悉16位串口通信函数的开发人员将不得不重新学习许多系统部分的知识，以便能编写正确的串口通信程序。这篇文章将帮助实现这个目标。那些不熟悉串口通信的人员将发现这篇文章会为他们以后研究发展奠定坚实的基础。 

        这篇文章假设读者已经熟悉Win32下多线程和同步的基本原理。另外，如果对Win32中的heap功能如果有基础的了解，将使读者在完全理解这篇文章中提到的MTTTY例子的内存管理方法上是很有用的。 

        关于这些函数的更多信息，请查阅平台SDK文档：微软Win32知识库或微软开发者联机文库。虽然那些控制用户界面特性的应用程序接口（APIs）和对话框在这里并不讨论，但是对完全理解这篇文章所提供的例程还是很有用的。不熟悉一般的Windows编程的读者在开始处理串行通信前首先应该学习一些Windows编程基础。换句话说，冒失地潜水前先沾湿你的脚。 

引言

        这篇文章主要介绍应用程序接口（APIs）和微软Windows NT以及Windows 95所兼容的方法。因此，只讨论在NT和95这两个平台上都被支持的APIs。Windows 95支持Win32电话API（TAPI），但是Windows NT3.x却不支持。因此，这里不对TAPI进行讨论。然而，TAPI值得一提的时，它在调制解调器的连接和调用控制上是非常好的工具。如果一个应用程序产品涉及调制解调器工作和电话拨号，那么利用TAPI接口可以实现这些功能。它允许和用户可能有的TAPI程序实现无缝结合。此外，这篇文章也不讨论Win32中的一些配置函数，像GetCommProperties。 

        这篇文章包含的例子，MTTTY：多线程TTY（4918.exe），实现了许多这里所要讨论的功能。在它的实现中使用了3个线程：一个用户界面线程实现内存管理、一个写线程实现控制所有的写操作、还有一个读/状态线程实现读数据和处理端口上发生改变的状态。该例子采用一些不同的数据堆实现内存管理。它也广泛使用同步方法促进线程之间的通信。 

打开串口

         使用CreateFile函数可以打开一个通信端口。调用CreateFile打开通信端口有两种方式：重叠的和非重叠的。下面是使用重叠方式打开一个通信资源的例子：

HANDLE hComm;
hComm = CreateFile(gszPort,GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,0,OPEN_EXISTING,FILE_FLAG_OVERLAPPED,0);
if (hComm == INVALID_HANDLE_VALUE)
// 打开错误；使中止。

         在Win32软件开发工具包（SDK）程序员参考手册（概述，窗口管理，系统服务）中规定，当打开一个通信端口时候，调用CreateFile有如下要求： 

• fdwShareMode必须为0。通信端口不能像文件一样被共享。应用程序使用TAPI可以使用TAPI函数很容易实现两个应用程序之间的资源共享。对于Win32应用程序，不是使用TAPI。处理继承或副本需要共享通信端口。处理副本超出了本文的范围，请查阅Win32SDK文档获取更多信息。
• fdwCreate必须指定为OPEN_EXISTING标志。
• hTemplateFile必须是NULL。 

        需要注意一件事，惯例上它们有四个端口分别为：COM1、COM2、COM3和COM4。Win32 API没有提供任何途径去确定系统中存在的端口。Windows NT和Windows 95在配置串口方面互相并不相同，所以任何一种方法都不能确保对所有的Win 32平台都是可移植的。一些系统甚至有比惯例上的最大数量四个端口还要多的端口。硬件厂商和串行设备驱动的作者可以用他们所喜欢的方式去自由命名端口。为此，如果用户可以去指定他们想用的端口名是最好的选择。如果一个端口不存在，在企图打开这个端口的时候一个错误（ERROR_FILE_NOT_FOUND）将会出现，应该警告用户这个端口是不可用的。

读和写

        从通信端口读和写在Win32中极其类似于Win32中文件的输入/输出（I/O）。实际上，实现文件I/O的函数和用于串行I/O的函数是相同的。Win32中的I/O可以通过两种方式被使用：重叠和非重叠。在Win32 SDK文档中用异步和同步这样的术语去暗示这些I/O操作的类型。然而，这篇文章中将用重叠和非重叠这样的术语。 

        非重叠I/O对于大多数开发者来说是熟悉的，因为这属于传统的I/O操作形式，当函数返回的时候一个被请求的操作将被假设为已完成。就重叠I/O来说，即使操作没有完成系统也可以立刻返回给调用者，当操作完成的时候将会用信号通知调用者。程序可以利用I/O请求和结束这段时间去执行一些“后台”工作。 

        在Win32中和16位Windows中对串行通信端口的读和写有显著的不同。16位Windows只有ReadComm和WriteComm函数。Win32中的读写操作可能牵涉更多的函数和选择。这些问题在下文将会被讨论。

非重叠I/O

           非重叠I/O非常简单，虽然它还有一些限制。一个操作的执行将导致调用它的线程被阻塞。一旦该操作完成，函数返回，线程继续工作。这种类型的I/O对于多线程应用程序来说是非常有用的，因为当I/O操作的时候即使一个线程被阻塞，其它线程仍然可以执行工作。应用程序有责任正确无误的处理连续的端口操作。如果一个线程被阻塞去等待I/O操作的完成，随后的其它线程如果调用一个通信API也将可能被阻塞，直到最初的操作完成。例如，如果一个线程正在等待ReadFile函数返回，其它线程如果调用WriteFile函数将会被阻塞。 

        在非重叠和重叠操作之间做出选择的诸多因素中，其中之一是要考虑到可移植性。重叠操作不是一个好的选择，因为大多数操作系统并不支持它。然而大多数操作系统支持多线程，所以多线程的非重叠I/O操作从可移植性上面考虑的话是最好的选择。

重叠I/O

         重叠I/O不像非重叠I/O那样简单的，但是提供了更多的灵活性和效率。当一个端口打开的时候，对于重叠操作来说，允许线程与此同时执行I/O操作和其它的工作，即使这个操作正处于不确定状态。此外，重叠操作允许单线程发出许多不同的请求和执行后台工作，即使这个操作处于不确定状态。 

         对于单线程和多线程应用程序，在发出请求和得到结果之间必须产生一些同步性。一个线程将会被阻塞，直到一个操作的结果变为有效的。重叠I/O的优势所在是允许一个线程在请求和完成之间去做一些工作。如果没有工作可以被做，然后对于重叠I/O只有一种可能，就是它将允许为更好的用户提供响应。 

         重叠I/O是MTTTY例子中所使用的一种操作类型。它创建一个线程来负责读取端口的数据和状态。它也执行定期的后台工作。程序创建另外一个线程专门用来从端口写出数据。 

    注意：有时应用程序创建太多的线程，滥用多线程操作系统。虽然利用多线程可以解决很多困难的问题，但是创建过多的线程在应用程序中并不是最有效的方式。在系统中线程没有进程紧张，但是仍然会占用系统资源，像CPU时间和内存。如果一个应用程序创建过多的线程，可能对整个系统的性能产生不利的影响。线程的一个更好的使用方式是对每个工作类型创建一个不同的请求队列，有一个工作者线程通过发出一个I/O请求使其进入请求队列。上述方法将会被这篇文章中所提到的MTTTY这个例子用到。 

         一个重叠I/O操作包含两部分：创建操作和检测是否完成。创建操作必须建立一个OVERLAPPED结构体，为同步创建一个手工重置事件，然后在调用特定的函数（ReadFile或WriteFile）。I/O操作可能也可能不会立即的完成。对于一个程序来说，如果假定一个重叠操作请求总是产生一个重叠操作是错误的。如果一个操作完成后，应用程序需要准备继续正常地运行。重叠操作的第二部分是检测它是否完成。检测操作是否完成包含等待事件处理，检查重叠结果和处理数据。有很多工作牵涉到重叠操作的原因是存在很多故障点。如果一个非重叠操作失败了，函数只是会返回一个错误返回的结果。如果一个重叠操作失败了，它可能在创建操作时候失败或是使操作处于等待状态。你也可能有一个超时操作或只是一个超时去等待操作完成的信号。

读

         ReadFile函数将产生一个读的操作。ReadFileEx也产生一个读操作，但是因为它在Windows 95上是不可用的，所以在这篇文章中不对它做讨论。这里的代码段详细说明了怎样产生一个读操作。注意，如果ReadFile函数返回TRUE，它的功能是将调用一个函数去处理数据。如果操作变成了重叠方式，这个处理数据的函数也是一样的。注意在代码段中定义的fWaitingOnRead标记变量，用它来指明一个读操作是否为重叠的。它通常用来防止在一个读操作尚未完成的时候又重新创建一个新的读操作。

DWORD dwRead;
BOOL fWaitingOnRead = FALSE;
OVERLAPPED osReader = {0};// 创建重叠事件。必须关闭以前存在的事件以避免句柄泄露。
osReader.hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);if (osReader.hEvent == NULL)// 创建重叠事件错误；使中止。if (!fWaitingOnRead) {// 执行读操作if (!ReadFile(hComm, lpBuf, READ_BUF_SIZE, &dwRead, &osReader)) {// 读操作是否处于等待状态?if (GetLastError() != ERROR_IO_PENDING)// 通信错误；报告该错误。elsefWaitingOnRead = TRUE;}else {// 完成读操作HandleASuccessfulRead(lpBuf, dwRead);}
}

         重叠操作的第二部分是检测它是否完成。OVERLAPPED结构体中的事件句柄会被传递到WaitForSingleObject函数中进行等待，直到对象被传递信号。一旦事件被传递信号，则代表操作完成了。这并不意味着操作是被成功地完成，仅仅是完成而已。GetOverlappedResult函数将报告操作的结果。如果发生了错误，GetOverlappedResult函数将返回FALSE，GetLastError函数将返回错误代码。如果操作被成功的完成，GetOverlappedResult将返回TRUE。 

         注意：GetOverlappedResult函数可以探测操作是否完成，也可以返回操作的失败状态。如果操作没有完成，GetOverlappedResult将返回FALSE且GetLastError函数将返回ERROR_IO_INCOMPLETE。此外，GetOverlappedResult可能会被阻塞直到操作完成。实际上，重叠操作转变成非重叠操作可以通过给GetOverlappedResult函数中的bWait参数传递TRUE来实现。 

         这里的代码段展示了一种检查一个重叠读操作是否完成的方法。注意下面的代码也调用的处理数据函数和上面是相同的，该函数在操作完成后立即调用。也要注意使用的fWaitingOnRead标记，在这里它用来控制是否执行检测代码，因为它只有在一个读操作尚未完成时候才应该被调用。

#define READ_TIMEOUT 500	// 毫秒DWORD dwRes;if (fWaitingOnRead) {dwRes = WaitForSingleObject(osReader.hEvent, READ_TIMEOUT);switch(dwRes) {// 读操作完成。case WAIT_OBJECT_0:if (!GetOverlappedResult(hComm, &osReader, &dwRead, FALSE))// 通信错误；报告该错误。else// 读操作成功地完成。HandleASuccessfulRead(lpBuf, dwRead);// 重置标记变量，以便其它操作可以被执行。fWaitingOnRead = FALSE;break;case WAIT_TIMEOUT:// 操作还没有完成。fWaitingOnRead标记变量没有改变，因为我将// 继续返回循环，我不想在第一个读操作没完成就去执行另外一个。//// 在这里比较适合做一些后台工作。break;default:// WaitForSingleObject函数发生错误；使中止。// 这表明了OVERLAPPED结构体中的事件句柄发生的一个问题。break;}
}

写

         从通信端口向外传输数据和读操作非常相似，而且他们共用很多相同API函数。下面的代码段展示了怎样执行和等待写操作的完成。

BOOL WriteABuffer(char * lpBuf, DWORD dwToWrite)
{OVERLAPPED osWrite = {0};DWORD dwWritten;DWORD dwRes;BOOL fRes;// 创建写操作，并对相应的OVERLAPPED结构体的hEvent成员赋值。osWrite.hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);if (osWrite.hEvent == NULL)// 创建重叠事件句柄发生错误。return FALSE;// 执行写操作。if (!WriteFile(hComm, lpBuf, dwToWrite, &dwWritten, &osWrite)) {if (GetLastError() != ERROR_IO_PENDING) {// WriteFile失败但不延时。报告错误并使中止。fRes = FALSE;}else {// 写等待。dwRes = WaitForSingleObject(osWrite.hEvent, INFINITE);switch(dwRes) {// OVERLAPPED结构体的事件已经处于有信号状态。case WAIT_OBJECT_0:if (!GetOverlappedResult(hComm, &osWrite, &dwWritten, FALSE))fRes = FALSE;else// 写操作成功地完成。fRes = TRUE;break;default:// WaitForSingleObject发生了一个错误。// 这个通常表明OVERLAPPED结构体的事件句柄遇到到了问题。fRes = FALSE;break;}}}else // WriteFile执行完毕。fRes = TRUE;CloseHandle(osWrite.hEvent);return fRes;
}

         注意上面代码中使用了WaitForSingleObject函数和INFINITE作为超时值。这将导致WaitForSingleObject函数永远等待下去，直到操作的完成。这可能使线程或程序被“挂起”。实际上，写操作只不过是花费很长时间去完成，或是流控制传输被阻塞。后面将要介绍的状态检测可以用于检测这种情况，但是不会导致WaitForSingleObject函数返回。三种办法可以减轻这种情况的发生：

• 放置代码到一个单独的线程。这将允许其他线程执行任何它们想要的功能，而我们的写线程将等待写操作的完成。这便是MTTTY例子中所产用的办法。
• 利用COMMTIMEOUTS来实现在超时时间过去后完成写操作。这将在稍后这篇文章的“通信的超时”部分做更加详细的讨论。这也是在MTTTY例子中所考虑的。
• 改变WaitForSingleObject去调用包含真正的超时时间值。这将导致更多的问题，因为如果程序开始执行了另外一个操作，而有可能一个早期的操作仍然处于等待状态。这时候新的OVERLAPPED结构和重叠事件就需要被分配。这种记录保持类型是很麻烦的，尤其是当为操作设计一个“工作队列”去进行比较的时候。

          注意：超时值在同步函数中不是通信超时。同步超时将会导致WaitForSingleObject或WaitForMultipleObject返回WAIT_TIMEOUT。这和读写操作的超时还是不同的。通信超时将在这篇文章稍后部分进行描述。 

         因为WaitForSingleObject函数在上面代码段中使用了一个INFINITE作为超时，它等同于GetOverlappedResult函数为其fWait参数赋为TRUE的结果。下面是对它进行简化后的等价形式的代码：

BOOL WriteABuffer(char * lpBuf, DWORD dwToWrite)
{OVERLAPPED osWrite = {0};DWORD dwWritten;BOOL fRes; // 创建写操作，并对相应的OVERLAPPED结构体的hEvent成员赋值。osWrite.hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);if (osWrite.hEvent == NULL)// 创建重叠事件句柄发生错误。return FALSE;// 执行写操作。if (!WriteFile(hComm, lpBuf, dwToWrite, &dwWritten, &osWrite)) {if (GetLastError() != ERROR_IO_PENDING) { // WriteFile失败但不延时。报告错误并使中止。fRes = FALSE;}else {// 写等待。if (!GetOverlappedResult(hComm, &osWrite, &dwWritten, TRUE))fRes = FALSE;else// 写操作成功地完成。fRes = TRUE;}}else// 写操作执行完毕。fRes = TRUE;CloseHandle(osWrite.hEvent);return fRes;
}

         GetOverlappedResult并不是用来等待重叠操作完成的最好方法。例如，如果一个应用程序需要等待另一个事件句柄，第一段代码将比第二段执行的更好。调用WaitForSingleObject将很容易修改为WaitForMultipleObject以便添加附加的等待句柄。这也是MTTTY例程中所使用的方法。 

         在使用重叠I/O中一个普遍的错误是，先前的重叠操作还没有完成就重用了OVERLAPPED结构体。如果先前的重叠操作完成之前要执行一个新的重叠操作，那么就应该为其分配一个新的OVERLAPPED结构体。当然也必须为OVERLAPPED结构体中hEvent成员创建一个新的手工重置事件。一旦一个重叠操作完成，那么OVERLAPPED结构体和它的事件应该被释放，以便再次使用。

         对于串口通信来说OVERLAPPED结构体只需要修改hEvent成员变量。OVERLAPPED结构体中的其它成员应该初始化为0，暂且不需要使用。修改OVERLAPPED结构体中的其它成员对于串行通信设备来说是没有必要的。ReadFile和WriteFile的相关文档中声明：OVERLAPPED结构体中的Offset和OffsetHigh参数必须通过应用程序去更新，否则它们的结果将是不可预知的。应用于OVERLAPPED结构体的这一规则也被用在其它资源类型上。例如，文件操作。

串行状态

         有两个方法可以得到通信端口的状态。第一种方法是设置一个事件掩码，当期望的事件发生的时候将导致应用程序发出通告消息。使用SetCommMask函数设置这个事件掩码，调用WaitCommEvent函数等待事件的发生。这个函数和16位的SetCommEventMask以及EnableCommNotification函数很相似，除了Win32函数不发送WM_COMMNOTIFY消息之外。实际上WM_COMMNOTIFY消息甚至不是Win32 API的一部分。检测通信端口的第二种方法是定期的调用少数的几个状态函数。当然，这种程序查询方式既没有效率也不推荐。

通信事件

         使用通信端口可能随时导致通信事件的发生。涉及接受通信事件通告消息的两个步骤如下所示：

• SetCommMask设置引起一个通告消息所要求的事件。
• WaitCommEvent发出一个状态检查。这个状态检查可以是一个重叠的或者是一个非重叠操作，就像可以的读和写操作。 

         注意：上下文中提到的事件这个词只是指通信事件。它也不是指用于同步的事件对象。 

         这里是一个关于SetCommMask函数的例子：

DWORD dwStoredFlags;dwStoredFlags = EV_BREAK | EV_CTS | EV_DSR | EV_ERR | EV_RING |\EV_RLSD | EV_RXCHAR | EV_RXFLAG | EV_TXEMPTY;if (!SetCommMask(hComm, dwStoredFlags))// 设置通信事件错误

         有关每个事件类型的描述，如表1所示。

表1  通信事件标记

         在指定了事件掩码之后，调用WaitCommEvent函数来检测事件的发生。如果端口是以非重叠操作打开，那么WaitCommEvent函数将不必包含OVERLAPPED结构体。该函数将阻塞调用它的线程，直到一个事件的发生。如果一个事件从来没有发生，那么线程将无限期的被阻塞。 

         这里展示了当端口通过非重叠方式打开后怎样等待一个EV_RING事件发生的代码段：

DWORD dwCommEvent;if (!SetCommMask(hComm, EV_RING))// 通信掩码设置错误。return FALSE;if (!WaitCommEvent(hComm, &dwCommEvent, NULL))// 一个等待事件错误。return FALSE;
else // 事件成功发生。return TRUE

         注意：在微软Win32 SDK基础知识文档中描述了EV_RING标记在Windows 95中的一个问题。上面的代码在Windows 95中将永远不会返回，因为EV_RING事件不会被系统所检测。在Windows NT系统中EV_RING事件会被正确地报告。请查阅Win32 SDK基础知识文档以获取有关于这个漏洞的更多的信息。 

         也要注意，上面代码可能被永远阻塞如果一个事件从来没有发生。一个好的方法是用重叠操作方式打开端口等待一个状态事件发生，如下代码所示：

#define STATUS_CHECK_TIMEOUT 500	// 毫秒DWORD dwRes;
DWORD dwCommEvent;
DWORD dwStoredFlags;
BOOL fWaitingOnStat = FALSE;
OVERLAPPED osStatus = {0};dwStoredFlags = EV_BREAK | EV_CTS | EV_DSR | EV_ERR | EV_RING |\EV_RLSD | EV_RXCHAR | EV_RXFLAG | EV_TXEMPTY ;
if (!SetCommMask(comHandle, dwStoredFlags))// 通信掩码设置错误；使中止return 0;osStatus.hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);
if (osStatus.hEvent == NULL)// 创建事件错误；使中止return 0;for ( ; ; ) {// 执行一个状态事件，如果还没有状态事件已经发生的话。if (!fWaitingOnStat) {if (!WaitCommEvent(hComm, &dwCommEvent, &osStatus)) {if (GetLastError() == ERROR_IO_PENDING)fWaitingOnStat = TRUE;// 原文为：bWaitingOnStatusHandle = TRUE;else// WaitCommEvent函数错误；使中止。break;}else// WaitCommEvent函数执行成功。// 适当的处理状态事件。ReportStatusEvent(dwCommEvent); }// 检查重叠操作。if (fWaitingOnStat) {// 等待一个事件发生。dwRes = WaitForSingleObject(osStatus.hEvent, STATUS_CHECK_TIMEOUT);switch(dwRes){// 事件发生。case WAIT_OBJECT_0: if (!GetOverlappedResult(hComm, &osStatus, &dwOvRes, FALSE))// 重叠操作发生了一个错误；调用GetLastError函数可以// 找出错误的根源，并中止致命的错误。else// 状态事件被储存在事件标记中，调用原始的WaitCommEvent所指定。// 适当的处理状态事件。ReportStatusEvent(dwCommEvent);// 设置fWaitingOnStat标记变量，// 指明将要执行一个新的WaitCommEvent。fWaitingOnStat = FALSE;break;case WAIT_TIMEOUT:// 操作还没有完成。fWaitingOnStat（原文为：fWaitingOnStatusHandle）// 标记变量不会被改变，因为我将返回循环继续执行，// 我不想在第一个WaitCommEvent还没有结束就去执行另外一个。//// 在这里比较适合做一些返回工作。DoBackgroundWork();break; default: // WaitForSingleObject发生错误；使中止。// 这表明OVERLAPPED结构体中的事件处理发生了问题。CloseHandle(osStatus.hEvent);return 0;}}
}CloseHandle(osStatus.hEvent);

         上面的代码非常像重叠读操作的代码。实际上，在MTTTY例子中执行读和状态检查在同一个线程里面，使用WaitForMultipleObjects函数等待读事件或状态事件变成有线号状态。 

         关于SetCommMask和WaitCommEvent有两个有趣的意外情况。首先，如果通信端口以非重叠操作打开，WaitCommEvent将被阻塞直到一个事件的发生。如果另外一个线程调用SetCommMask去设置一个新的事件掩码，那么线程将被SetCommMask函数所阻塞。原因是原先调用WaitCommEvent的那个线程仍然在执行。调用SetCommMask的线程将被阻塞，直到第一个线程中的WaitCommEvent函数被返回。在使用非重叠I/O打开端口的时候这种意外情况很常见。如果一个线程被任意一个通信函数所阻塞，这时候另外一个线程如果调用该通信函数会被阻塞，直到第一个线程中的函数返回。这些函数第二点需要注意的是用重叠方式打开一个端口。如果SetCommMask设置一个新的事件掩码，任何处于等待状态的WaitCommEvent函数将成功地完成，该操作产生的事件掩码将为NULL。

告诫

         使用EV_RXCHAR标记将通告给线程一个字节到达了端口。这个事件和ReadFile函数联合使用，使实现当字符到达缓冲区的时候读取数据，而不是执行一个读操作等待数据的到来。当一个端口用非重叠方式打开的时候尤其有用，因为程序不需要用程序查询方式来接收数据，通过发生EV_RXCHAR事件程序将被通知接收数据。最初试图解决这个问题通常使用下面的伪代码段，不过有一些疏忽的地方将在这一节后面部分介绍。

DWORD dwCommEvent;
DWORD dwRead;
char chRead;if (!SetCommMask(hComm, EV_RXCHAR))// 设置通信事件掩码错误。for ( ; ; ) {if (WaitCommEvent(hComm, &dwCommEvent, NULL)) { if (ReadFile(hComm, &chRead, 1, &dwRead, NULL))// 读取一个字节并处理。else// 调用ReadFile函数发生一个错误。break;}else// WaitCommEvent函数错误。break;
}

         上面代码等待一个EV_RXCHAR事件发生。当发生后，代码段会调用ReadFile函数读取得到的一个字节。然后循环继续执行，等待另一个EV_RXCHAR事件。当一到两个字节快速连续的到达时，这段代码能够良好的工作。字节接收EV_RXCHAR事件的发生，然后代码段执行读字节。如果在调用WaitCommEvent函数前没有其它字节到达也没事，下一个字节的到来将引起WaitCommEvent函数执行，从而表明EV_RXCHAR事件的发生。如果另外一个字节到来之前代码段正好执行WaitCommEvent函数，当然这也正常。第一个字节如前面所述将被读取，那么到来的第二个字节将会导致EV_RXCHAR标记被隐式的设置。当代码段返回到WaitCommEvent函数执行，表明EV_RXCHAR事件的发生，调用ReadFile函数将从端口读取第二个字节。 

         当三个或更多的字节快速连续的到来时上面代码就会遇到一些问题。第一个字节导致EV_RXCHAR事件的发生；第二个字节导致EV_RXCHAR标记被隐式的设置。接下来会调用WaitCommEvent函数，它表示EV_RXCHAR事件。现在，第三个字节到达了通信端口。第三个字节将导致系统试图去隐式地设置EV_RXCHAR标记。因为这个动作在第二个字节到来的时候就已经发生了，所以到达的第三个字节将不会被通知。这段代码到最后读取第一个字节将没什么问题。之后，这段代码将调用WaitCommEvent函数，预示着EV_RXCHAR事件的发生（来至于第二个字节）。第二个字节被读取，代码返回到WaitCommEvent函数。第三个字节在系统内部接收缓冲区处于等待状态。这时候代码和系统已经不同步了。当第四个字节最后到来，导致EV_RXCHAR事件发生，代码段读取到的字节是第三个字节。这将继续不确定的执行下去。 

         解决这个问题的简单方式就是增加读操作要求的字节数量。不要只接收一个字节，这段代码可以请求两个、十个或更多数量的字节。当两个或更多额外字节超过读操作所要求的字节快速连续到达端口时候，这个方法依然会失败。所以，如果读取两个字节，然而四个字节快速连续的到来将会导致问题。即使是十个字节，如果十二个字节被快速连续的到达端口时也会失败。

          解决这个问题的真正方法是从端口不停地读数据直到没有剩余字节。下面的伪代码解决了这个问题，它通过循环的读取数据直到没有剩余。下面的伪代码解决了这个问题，通过的读取数据知道为零。另外一个可能的方法是调用ClearCommError去决定缓冲区的字节数，然后通过一次读操作全部读取它们。这个方法要求更加复杂的缓冲管理，但是它减少了读取的次数，当有许多数据一次性到来的时候。 

DWORD dwCommEvent;
DWORD dwRead;
char chRead;if (!SetCommMask(hComm, EV_RXCHAR))// 通信事件掩码设置错误。for ( ; ; ) {if (WaitCommEvent(hComm, &dwCommEvent, NULL)) {do {if (ReadFile(hComm, &chRead, 1, &dwRead, NULL))// 读取一个字节并处理。else// 调用ReadFile函数发生一个错误。break;} while (dwRead);}else// WaitCommEvent函数发生错误。break;
}

         上面代码将不能正确地工作如果没有设置适当的超时。通信超时将在后面讨论，它会影响到ReadFile操作的行为，以便在没有字节到来的时候能够返回。有关于这个主题的讨论将在这篇文章后面的“通信超时”那一节来介绍。 

         上面有关于EV_RXCHAR的告诫也适用于EV_RXFLAG。如果标记字符快速连续的到来，EV_RXFLAG事件可能不会对每个字符都做出响应。解决这个问题的方法如同上面，就是读取所有的字节直到没有剩余。 

         如果没有设置适当的超时上面代码将不能正确地工作。如果其它事件快速连续的发生，一些通告消息将会被丢失。例如，如果CTS线电压开始为高，然后变为低，再变为高到低，将会产生一个EV_CTS事件。如果CTS线电压变化的非常快，将不能保证EV_CTS事件被WaitCommEvent函数准确的检测到。所以，WaitCommEvent函数不能用来记录线状态。线状态将在这篇文章后面“调制解调器状态”章节进行介绍。

错误处理和通信状态

         如果调用SetCommMask函数需要指定一个通信事件标记的话，可能就是EV_ERR了。EV_ERR事件的发生表明通信端口存在错误的状态。端口也可能会发生其它错误，但是不会引起EV_ERR事件的发生。不论是哪种情况，和通信端口关联的错误将会导致所有的I/O操作被挂起直到错误状态被排除。ClearCommError函数用来检测错误和排除错误状态。 

         ClearCommError函数也提供通信状态用来表明为什么传输被停止，它也可以指明传输和接收缓冲区的字节数。导致传输停止的原因是因为错误或流控制。关于流控制将在后文进行讨论。 

         下面代码展示了怎样调用ClearCommError函数：

COMSTAT	comStat;
DWORD		dwErrors;
BOOL		fOOP, fOVERRUN, fPTO, fRXOVER, fRXPARITY, fTXFULL;
BOOL		fBREAK, fDNS, fFRAME, fIOE, fMODE;//  获得并清除端口上的错误。
if (!ClearCommError(hComm, &dwErrors, &comStat))// 报告ClearCommError获得的错误。return;// 得到错误标记。
fDNS = dwErrors & CE_DNS;
fIOE = dwErrors & CE_IOE;
fOOP = dwErrors & CE_OOP;
fPTO = dwErrors & CE_PTO;
fMODE = dwErrors & CE_MODE;
fBREAK = dwErrors & CE_BREAK;
fFRAME = dwErrors & CE_FRAME;
fRXOVER = dwErrors & CE_RXOVER;
fTXFULL = dwErrors & CE_TXFULL;
fOVERRUN = dwErrors & CE_OVERRUN;
fRXPARITY = dwErrors & CE_RXPARITY;// COMSTAT结构体包含了有关于通信状态的信息。
if (comStat.fCtsHold)// 传输等待CTS（clear-to-send）信号被发送。if (comStat.fDsrHold)// 传输等待DSR（data-set-ready）信号被发送。if (comStat.fRlsdHold)// 传输等待RLSD（receive-line-signal-detect）信号被发送。if (comStat.fXoffHold)// 传输等待，XOFF字符被接收。if (comStat.fXoffSent)// 传输等待，XOFF字符被发送。if (comStat.fEof)// EOF（end-of-file）字符被接收。if (comStat.fTxim)// 字符等待传输；涉及字符队列，通过TransmitCommChar函数发送。if (comStat.cbInQue)// comStat.cbInQue表示接收道德字节数目，但是还没有读取。if (comStat.cbOutQue)// comStat.cbOutQue表示等待传输的字节数。

调制解调器状态（又名：线状态）

         调用SetCommMask函数可能包含的标记有EV_CTS、EV_DSR、EV_RING、和EV_RLSD。这些标记预示着串行端口线上电压的改变。当然并没有指明这些线的实际状态，只是发生了一个改变。通过GetCommMaskStatus函数可以得到这些线状态的实际情况。该函数返回一个掩码位，对于每个线来说，0表示低电平或没有电平；1表示高电平。 

         要注意关于术语RLSD（receive-line-signal-detect）通常被称为CD（carrier-detect）线。 

         注意：如同前面提到的那样，EV_RING标记在Windows 95中不能工作。然而，GetCommModemStatus函数会检测RING线的状态。 

         这些线状态的改变也会引起一个流控制事件。通过ClearCommError函数报告是否传输会因为流控制而被挂起。如果有必要，一个线程可以调用ClearCommError函数去检测是否是流控制活动导致的事件。流控制将在本文后面“流控制”那一节进行介绍。 

         下面代码展示了怎样调用GetCommModemStatus函数：

DWORD dwModemStatus;
BOOL fCTS, fDSR, fRING, fRLSD;if (!GetCommModemStatus(hComm, &dwModemStatus))// GetCommModemStatus函数发生错误。return;fCTS = MS_CTS_ON & dwModemStatus;
fDSR = MS_DSR_ON & dwModemStatus;
fRING = MS_RING_ON & dwModemStatus;
fRLSD = MS_RLSD_ON & dwModemStatus;// 用这些标记做一些工作。

扩展功能

         驱动程序会根据需要自动地改变控制线的状态。一般而言，改变状态线受驱动的控制。如果一个设备通过通信端口控制线的方式不同于RS-232标准，那么标准的串行通信驱动将不能正常地控制设备。如果标准的串行通信驱动不能控制设备，就需要使用定制的设备驱动。 

         有时候标准控制线受应用程序的控制，而不是串行通信驱动。例如，一个应用程序可能希望它自己实现流控制。这个应用程序将负责，处理RTS和DTR线状态的改变。EscapeCommFunction被通信驱动所应用去实现那样的扩展的操作。利用EscapeCommFunction可以使驱动实现一些其它的功能，就像设置或清除一个BREAK状态。关于这个函数的更多信息，请查阅平台SDK文档、微软Win32 SDK基础知识、或微软开发者网络文库（MSDN）。

串行设置

DCB设置

         编写串口通信应用最重要的方面就是设置设备控制块（DCB）结构体。在串行通信编程中最普遍的错误来源于不适当地初始化DCB结构体。当串行通信函数不能够按照预期执行的时候，通常最有可能就是DCB结构体设置出了问题。 

         有三种方法初始化DCB结构体。第一种方法是使用GetCommState函数。这个函数返回通信端口现在正使用的DCB结构。下面代码展示了怎样使用GetCommState函数：

DCB dcb = {0};if (!GetCommState(hComm, &dcb))// 得到当前DCB设置错误。
else// 准备使用DCB结构。

         第二种方法通过调用BuildCommDCB去初始化一个DCB结构。这个函数用于填充DCB结构的成员波特率、奇偶校验类型、停止位的个数、和数据位的个数。这个函数同时也设置流控制成员为默认值。查阅BuildCommDCB函数帮助文档可获得有关于流控制成员默认值的细节内容。DCB结构的其它成员不受这个函数的影响。你编写的程序有责任确保DCB结构其它成员不会引起错误。最简单需要注意的事情就是用0去初始化DCB结构，然后以字节为单位设置DCB结构的大小。如果没有用0去初始化DCB结构成员，那么非零值有可能是预设成员，这将产生一个错误当在后面使用DCB结构的时候。下面代码展示了怎样正确的使用这个方法：

DCB dcb;FillMemory(&dcb, sizeof(dcb), 0); 
dcb.DCBlength = sizeof(dcb);if (!BuildCommDCB("9600,n,8,1", &dcb)) { // 不能创建DCB。通常是通信字符串不规范引起的问题。return FALSE;
}
else// 准备使用DCB结构。

         第三种方法是手动初始化DCB结构。程序申请DCB结构，然后设置每个成员为任何想要的值。这个方法在Win32系统中实现的时候，将不能很好处理DCB结构的改变，所以并不推荐。 

         应用程序通常需要设置一些和默认值并不相同的DCB成员，也可能需要在程序执行的过程中对设置进行修改。一旦正确初始化了DCB结构，那么可能会或多或少的对个别成员进行修改。改变DCB结构不会对端口的行为有任何影响，直到调用SetCommState函数。下面代码展示了得到当前DCB，改变波特率，然后尝试修改配置的操作：

DCB dcb;FillMemory(&dcb, sizeof(dcb), 0);
if (!GetCommState(hComm, &dcb)) // 得到当前DCB。// GetCommState函数错误。return FALSE;// 更新DCB波特率。
dcb.BaudRate = CBR_9600 ;// 设置新的波特率。
if (!SetCommState(hComm, &dcb))// SetCommState函数错误。// 可能是通信端口处理问题或是DCB结构本身的问题。

         这里是有关于DCB结构每个成员的解释，还介绍了它们是怎样影响其它的串行通信函数。 

         注意：这里大部门信息来至于平台SDK文档。因为文档是解释这些成员的官方材料，当然由于操作系统不同，这个表也不一定是完全正确无误的。

表2  DCB结构成员

流控制

         在串行通信中，当一个设备正忙或是因为一些原因不能够进行任何通讯时候，流控制提供了暂停通信的方法。通常流控制有两种类型：硬件和软件。 

         串口通信有一个普遍的问题就是，写操作实际上没有把数据写入设备中。通常，当程序没有指定它的时候，这个问题存在于流控制中。如果对DCB结构进行检查可以发现下面这些成员变量中的一个或多个参数值可能为TRUE：fOutxCtsFlow、fOutxDsrFlow、或fOutX。另外一种方式是调用ClearCommError函数去检查COMSTAT结构进行检查。当因为流控制传输被暂停的时候，错误会被检查出来。 

         在讨论流控制类型之前，很好的理解一些术语是很有必要的。串行通信在两个设备之间进行。通常有一个PC和一个调制解调器或打印机。PC被称作DTE（data-terminal-equipment）。DTE有时被称作host（主机）。调制解调器、打印机、或可识别其它的外围设备被称作DCE（data-communications-equipment）。DCE有时也被称作device（设备）。

硬件流控制

         硬件流控制使用串行电缆控制线上的电压信号去控制是否发送和接收数据。在通信的时候，DTE和DCE必须保证流控制类型一致。设置DCB结构体使流控制有效只是用于配置DTE。为了保证DTE和DCE使用相同类型的流控制，DCE也需要配置。在Win32中没有办法去设置DCE的流控制。通常使用DIP开关或发送指令来对它进行配置。有关控制线、流控制、和线对DTE以及DCE影响的描述如表3所示：

表3 硬件流控制线

软件流控制

         软件流控制使用通信流中的数据去控制传输和接收数据。因为软件流控制使用两个特殊的字符XOFF和XON，所以二进制传输不能使用软件流控制，XOFF和XON字符可能出现在二进制数据中从而和数据传输造成冲突。软件流控制适合于基于文本的通信，或是传输的数据中不包括XON和XOFF字符。 

         使用软件流控制，必须把DCB结构中的fOutX和fInX成员变量置为TRUE。fOutX成员控制输出流控制；fInX成员控制输入流控制。 

         要注意一点，DCB允许程序动态分配值，系统会识别出作为流控制的字符。DCB的XoffChar成员用于为输入和输出流控制指示XOFF字符。DCB的XonChar成员同样用于指示XON字符。 

         对于输入流控制，DCB结构中的XoffLim成员用于指定XOFF字符被发送前输入缓冲区允许的最小自由空间。如果输入缓冲区中的自由空间小于这个值的时候，XOFF字符将会被发送。对于输入流控制，DCB结构中的XonLim成员用于指定XON字符被发送前输入缓冲区允许的最小字节数。如果输入缓冲区中的数据量小于这个值的时，XON字符将被发送。 

         表4列出了DTE使用XOFF/XON流控制时候的行为。

表4 软件流控制行为

         如果对于输入控制软件流控制为有效状态，那么DCB结构的fTXContinueOnXoff成员变量将为有效状态。fTXContinueOnXoff成员变量用于控制在XOFF字符被系统自动发送后是否暂停传输。如果fTXContinueOnXoff为TRUE，当接收缓冲区满且XOFF被发送后传输继续。如果fTXContinueOnXoff为FALSE，那么传输将会被暂停，直到系统自动地发送XON字符。DCE设备使用软件流控制在收到XOFF字符后将暂停他们的发送。当XON字符被DTE发送后，一些设备将重新开始发送。另外，一些DCE设备将在收到任何字符后重新开始发送。如果想让DCE设备在通信的时候接收到任何字符都重新开始发送，那么fTXContinueOnXoff应该设为FALSE。如果DTE自动地发送XOFF字符后继续传输，通信的恢复将引起DCE继续发送，使XOFF无效。 

         在Win32 API中没有有效的技巧去使DTE表现的和这些设备一样。DCB结构中没有相应的变量去指定当收到任何字符传输都能从暂停中恢复。XON是唯一能导致传输恢复的字符。 

         另外还需要注意一点，如果读操作完成读取字节数为0，软件流控制接收XON和XOFF字符将处于等待状态。应用程序不能读取XON和XOFF字符，因为输入缓冲区没有多余的空间了。 

         市场上的大部分程序，包括装有Windows的终端设备的程序，在流控制方法为使用者提供三种选择：硬件、软件、或没有。当然Windows系统它本身并没有用这种方式来限制应用程序。DCB结构的设置允许软件和硬件同时执行流控制。实际上允许多个不同的流控制配置，分别配置DCB结构成员可能对流控制产生影响。这样强加于流控制选择的限制，是为了确保易用性和减少对最后使用者造成混乱。这种限制当然也因为通信设备可能不支持所有的流控制类型。

通信超时

         另外一个对读和写行为有主要影响的操作是超时。超时会对读和写操作产生下面影响。如果一个操作所用时间超过了原先设定的超时，这个操作将被结束。ReadFile、WriteFile、GetOverlappedResualt、或WaitForSingleObject将不会返回错误代码。所有用于监视这些操作的指示符都表明它成功的完成了。唯一能知道超时的方式是实际传输的字节少于要求被接收的字节数。所以，如果ReadFile函数返回TRUE，但是读取的字节却少于要求的字节，那么有可能发生了超时。如果一个重叠写操作超时，重叠事件处于有信号状态，WaitForSingleObject函数将返回WAIT_OBJECT_O。GetOverlappedResult函数将返回TRUE，但是dwBytesTransferred包含了在超时之前已被传输的字节数。下面代码展示了在重叠写操作中怎样处理这种情况：

BOOL WriteABuffer(char * lpBuf, DWORD dwToWrite)
{OVERLAPPED osWrite = {0};DWORD dwWritten;DWORD dwRes;BOOL fRes;// 为这个写操作创建OVERLAPPED结构体的hEvent参数。osWrite.hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);if (osWrite.hEvent == NULL)// 创建重叠事件句柄时错误。return FALSE;// 执行写。if (!WriteFile(hComm, lpBuf, dwToWrite, &dwWritten, &osWrite)) {if (GetLastError() != ERROR_IO_PENDING) { // WriteFile执行失败，但是它没有被延时。报告错误。fRes = FALSE;}else {// 写操作等待。dwRes = WaitForSingleObject(osWrite.hEvent, INFINITE);switch(dwRes) {// 重叠事件已经处于有信号状态。case WAIT_OBJECT_0: if (!GetOverlappedResult(hComm, &osWrite, &dwWritten, FALSE))fRes = FALSE;else {if (dwWritten != dwToWrite) {// 写操作超时。我现在需要决定是否中止程序或是重操作。// 如果我重操作，我只需要发送没有发送的字节。如果// 我使中止，我只需要置fRes参数为FALSE然后返回。fRes = FALSE;}else// 写操作成功的完成。fRes = TRUE;}break;default:// WaitForSingleObject发生了一个错误。// 这个通常表明重叠事件句柄有问题。fRes = FALSE;break;}}}else {// 写操作完成。if (dwWritten != dwToWrite) {// 写操作超时。我现在需要决定是否中止或重新执行。// 如果我想重新执行，我只需要发送没有发送的字节。// 如果我想中止，我将只设置fRes为FALSE然后返回。fRes = FALSE;}elsefRes = TRUE; }CloseHandle(osWrite.hEvent);return fRes;
}

         SetCommTimeouts函数用于为端口指定通信超时。调用GetCommTimeouts函数可以得到端口目前的超时。应用程序应该在修改超时之前保存通信超时。这样就能让应用程序在完成串口通信后恢复它们原先的超时设置。下面是一个使用SetCommTimeouts设置超时的例子：

COMMTIMEOUTS timeouts;timeouts.ReadIntervalTimeout = 20; 
timeouts.ReadTotalTimeoutMultiplier = 10;
timeouts.ReadTotalTimeoutConstant = 100;
timeouts.WriteTotalTimeoutMultiplier = 10;
timeouts.WriteTotalTimeoutConstant = 100;if (!SetCommTimeouts(hComm, &timeouts))// 设置超时错误。

         注意：再一次提醒读者，通信超时和应用于同步函数的超时值是不一样的。例如，WaitForSingleObject函数的超时值用于等待对象编程有信号状态，这有别于通信超时。 

         如果设置COMMTIMEOUTS结构体为全零状态，将不会引起超时。重叠操作将被阻塞，直到所有要求的字节都被传输。ReadFile函数将被阻塞，直到所有要求的字符到达端口。WriteFile函数将被阻塞，直到所有要求的字符都被发送出去。另外，重叠操作将不会结束，直到所有的字符被传输或操作被中止。可能发生下面的情况在操作完成之前： 

• WaitForSingleObject函数总是返回WAIT_TIMEOUT如果一个同步的超时被应用。WaitForSingleObject函数将永久的被阻塞，如果使用了一个INFINITE（永久）的同步超时。
• GetOverlappedResult总是返回FALSE，且GetLastError函数会返回ERROR_IO_INCOMPLETE，如果在调用GetOverlappedResult函数后直接调用GetLastError函数的话。 

         通常用下面的方式来设置COMMTIMEOUTS结构体会使读操作立即完成，且不需要等待任何新的数据到来：

COMMTIMEOUTS timeouts; timeouts.ReadIntervalTimeout = MAXDWORD; 
timeouts.ReadTotalTimeoutMultiplier = 0;
timeouts.ReadTotalTimeoutConstant = 0;
timeouts.WriteTotalTimeoutMultiplier = 0;
timeouts.WriteTotalTimeoutConstant = 0;if (!SetCommTimeouts(hComm, &timeouts))// 设置超时错误。

         当和以读为基础的事件一起使用的时候，这些设置是必须的，在前面“告诫”那一小节介绍过。为了在只有0字节的时候能让ReadFile函数返回，COMMTIMEOUTS结构中的ReadIntervalTimeout成员变量应设置为MAXDWORD，且ReadTimeoutMultiplier和ReadTimeoutConstant参数都设置为0。 

         当应用程序在使用通信端口的时候，总是必须得特别地设置超时。通信超时将会影响读和写操作的行为。如果通信端口打开之前没有设置超时，它将使用驱动提供的默认超时，或是前面的通信程序留下的超时。如果一个应用程序把超时设定成一个特定的值，那么超时实际上可能不同，读和写操作可能永远不能完成或是频繁的完成。

小结

         这篇文章讨论了在开发串行通信应用程序时候所普遍存在的缺陷和问题。这篇文章配套的多线程TTY例子中的很多技术也在这里进行了讨论。请读者自己下载并测试该程序。学习它是怎么工作的，将帮助你能更加透彻的理解Win32串行通信函数。

参考文献

Brain, Marshall. Win32 System Services: The Heart of Windows NT. Englewood Cliffs,

NJ: Prentice Hall, 1994. 

Campbell, Joe. C Programmer's Guide to Serial Communications. 2d ed. Indianapolis,

IN: Howard W. Sams & Company, 1994. 

Mirho, Charles, and Andy Terrice. "Create Communications Programs for Windows 95

with the Win32 Comm API." Microsoft Systems Journal 12 (December 1994). (MSDN

Library, Books and Periodicals)

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