实现基于VisualC 70的多线程串口通信

1、收稿日期:2001-11-11实现基于Visual C +710的多线程串口通信李东晓,李晓明,肖鲲,张发忠,彭家银(武汉大学电力工程系,湖北武汉430072摘要:串口通信程序多是用微软提供的MSC omm 控件实现的,但MSC omm 控件实现方法很难加入多线程技术提高程序的执行效率,尤其对微机与多台智能设备之间同时进行通信,这种方法的单线程局限性就更明显。为此,深入介绍了32位串口通信的结构体和Windows API 函数及多线程编程技术,并结合面向对象的编程思想,将Windows API 函数、结构体及多线程技术进行了封装,形成新的串口通信类CC ommunication ,该类可以完成

2、MSC omm 控件的所有功能,用该类开发的程序比用MSC omm 控件开发的程序的执行速度快。应用该类可很方便地实现基于Visual C +7.0多线程串口通信,且具有通用性好、使用性强等优点。关键词:Visual C +7.0;Windows API ;结构体;多线程;串口通信中图分类号:T N 91519文献标识码:A 文章编号:1006-6047(200209-0013-04本文深入介绍了如何实现基于Visual C +7.0的Win 32的多线程串口通信,用此方法实现了上位机与P LC (Omron C200H 之间的串口通信,应用到火电厂翻车机输煤实时监控系统中,具有稳定、可靠、实

3、用性强的特点。1实现方案Visual C +7.0作为面向对象编程语言的代表,与其他面向对象编程语言相比,Visual C +7.0不仅具有程序执行速度快(相当于汇编语言的优点,而且还可以与Windows API 函数实现无缝连接。因此,选用Visual C +7.0作为串口通信开发平台。用Visual C +7.0开发串口通信通常有4种方案。a.调用函数inp (和outp (直接读写串口。b.使用Visual C +7.0提供的串行通信控件MSC omm 。c.用单线程的方法实现自定义串口通信类,用这些类封装Windows API 提供的串口通信函数。d.用多线程的方法实现自定义串行通信类

4、,在单线程方法的基础之上加入多线程。本文深入研究多线程方法,基于Visual C +7.0的多线程串口通信,如何编写class CC ommunication 。111结构体1开发串口通信程序用到的结构体主要有DC B ,C OM MST ART 和OVER LAPPE D 三种。a.结构体DC B 用于经由SetC ommState (函数设置端口的参数。结构DC B 有一个很大的成员列表,这些成员包括端口的波特率、数据位、停止位、校验码、握手信息、控制信息等,详见文献1。b.结构体C OM MST ART 由G etC ommError (函数填充,包括BY TE status ,UI N

5、T cbInQue 和UI NT cbOutQue 三个成员函数。Status 包含一组标志,用于设置流控制信息(如设置CSTF CTSH O LD 标志,即表明在发送一个字符之前,发送器正在等待CTS 线变高;cbInQue 用于指明接收缓冲区中当前共有多少个字符;cbOutQue 指明在当前传送缓冲区中共有多少个字符。c.ReadFile (和WriteFile (将使用结构体OVER LAPPE D 管理重叠的I/O 。把这个结构体传递给函数,直到异步I/O 完成才释放它。再把同一结构体传递给G etOverlappedResult (,以获得I/O 操作的最后数据。112函数Micro

6、s oft 标识通信的API 函数有20多个。可分为打开串口、初始化串口、读写串口和关闭串口4个部分。a.打开串口,相关函数为CreateFile 函数。该函数用于创建或打开文件、通道、通信资源,并返回一个句柄,它是W in 32环境下打开端口的唯一方法。H AND LE CreateFile (LPCTSTR lpFileName ,DW O RD dwDesiredAccess ,DW ORD dwShareM ode ,LPSEC UR ITY ATTRI BUTES lpSecuity ,DW ORD dwCreationDisp osition ,DW ORD dwFlagsAndA

7、ttributes ,H AND LE hT em p lateFile lpFileName 为要打开的端口名,格式为C OMxx ;dwDesiredAccess 为端口的打开方式,有GE NERIC RE AD 和GE NERIC WRITE 。当打开通信端口时,只有同时使用两者才有意义;dwShareM ode 为文件的共享方式,一般将此参数设为0;lpSecurity 为安全级别,一般将此参数设为0;dwCreationDisposition 为文件存在方式,使用通信设备时,串口是存在的,总把此参数设为OPE N EXISTI NG;dwF1agsAndAttributes 为串口打

8、开的标志,其中,FI LE ATTRI BUTE NOR 2M A L 是必需的,FI LE F LAG OVER LAPPE D 用于指明将要使用文件完成重叠I/O ,若用多线程实现串口通信,此参数应设置为FI LE A TTRI BUTE NOR M A L |31第22卷第9期2002年9月电力自动化设备Electric P ower Automation Equipment FI LE F LAG OVER LAPPE D;hT em plateFile,对于串口通信,此参数没有任何意义,设为0。若函数成功调用,则返回打开串口的句柄,否则,返回值I NVA LI D H AND LE

9、VA LUE。b.初始化串口,主要包括函数G etC ommState, SetC ommState,SetupC omm,G etC ommProperties,G etC om2 mT imeouts,SetC ommT imeouts,这些函数用于设置串口通信所需的各类参数。BOO L G etC ommState(H AND LE hFile,LPDC B lpDC B用于设置结构体DC B的所有成员。hFile为通信设备句柄;lpDC B是指向结构体DC B的指针。调用成功返回TRUE,否则返回FA LSE。BOO L SetC ommState(H AND LE hFile,LPD

10、C B lpD2 C B用结构体DC B设置串口的所有可配置参数。hFile为通信设备句柄;lpDC B是指向结构体DC B的指针。调用成功返回TRUE,否则返回FA LSE。BOO L SetupC omm(H AND LE hFile,DW ORD dwIn2 Queue,DW ORD dwOutQueue设置驱动程序输入和输出缓冲区的大小,hFile 为通信设备句;dwInQueue为输入缓冲区的大小, dwOutQueue为输出缓冲区的大小。调用成功返回TRUE,否则返回FA LSE。BOO L G etC ommT imeouts(H AND LE hFile,LPC OMMTI M

11、 OUTS lpC ommT imeouts读入端口的当前超时值,设置结构体C OM MTIME OUTS的所有成员。hFile为通信设备句柄;LPC OM MTI M OUTS是指向结构体C OM MTI ME OUTS的指针。成功返回TRUE,否则返回FA LSE。BOO L SetC ommT imeouts(H AND LE hFile,LPC OMMTI M OUTS lPC Ommtimeouts用结构体C OM MTI ME OUTS设置端口的当前超时值。hFile为通信设备句柄;LPC OM MTI M OUTS是指向结构体C OM MTI ME OUTS的指针。成功返回TRU

12、E,否则返回FA LSE。BOO L PurgeC omm(H AND LE hFile,DW ORD dwFlags用于终止当前打开端口正在进行的输入和输出操作。hFile为通信设备句柄;dwFlags为命令掩码中设置的位,能够确定由这个函数调用完成的确切操作。成功返回TRUE,否则返回FA LSE。c.读写串口,包括函数ReadFile,WriteFile,Set2 C omm Mask和WaitC ommEvent,这些函数用于对串口进行读写和监控操作。BOO L ReadFile(H AND LE hFile,LPVOI D lpBu ffer, DW ORD nNumberO fBy

13、tesT oRead,LPDW ORD lpNumber2 O fBytesRead,LPOVER LAPPE D,lpOverlapped从串口读取数据的唯一函数。hFile用于读操作的端口句柄,由CreateFile函数创建;lpBu ffer指向接收缓冲区的指针;nNumberO fBytesT oRead为读入的字节数,应小于接收缓冲区的大小;lpNumber2O f2 BytesRead为接收函数调用期间读取的字节数;lpOverlapped指向一个OVER LAPPE D结构,异步读写时,更新此结构。成功返回TRUE,否则返回FA LSE。BOO L WriteFile(H AND

14、 LE hFile,LPVOI D lpBu ffer, DW ORD nNumberO fBytesT oRead,LPDW ORD lpNumber2 O fBytesRead,LPOVER LAPPE D,lpOverlapped向串口写数据的唯一函数。hFile用于读操作的端口句柄,由CreateFile函数创建;lpBu ffer指向发送缓冲区的指针;nNumberO fBytesT oRead为发送的字节数,应小于发送缓冲区的大小;lpNumberO fBytesRead 为写函数调用期间发送的字节数;lpOverlapped指向一个OVER LAPPE D结构,异步读写时,更新此

15、结构,成功返回TRUE,否则返回FA LSE。BOO L SetC omm Mask(H AND LE hFile,DW ORD dw2 EvMask设置一个打开的通信端口,当某些异步事件由WaitC ommEvent调用发生时,来报告这些事件。hFile 为要使用的端口句柄;dwEvMask为端口事件掩码,可以是下列事件的任意组合:E V BRE AK,E V CTS, E V DSR,E V ERR,E V RI NG,E V RI NG TE,E VR LS D,E V RX80FU LL,E V RXCH AR,E V RXF LAG, E V TXE MPTY。成功返回TRUE,否则

16、返回FA LSE。BOO L WaitC ommEvent(H AND LE hFile,LPDW ORD lpEvtMask LPOVER LAPPE D lpOverlapped等待从串口读入事件,hFile为要监视的端口句柄,lpEvtMask指向接收标志发生事件类型掩码的32位的变量,lpOverlapped指向一个OVER LAPPE D结构。成功返回TRUE,否则返回FA LSE。d.关闭串口,函数CloseHandle,关闭已打开的串口,停止一切输入和输出。BOO L CloseHand(Handle hObjecthObject指向已打开的通信端口句柄。成功返回TRUE,否则返

17、回FA LSE。113多线程Windows98/NT操作系统CPU的时间按一定的算法分配给多个任务,轮流处理各个任务,这就是并行多任务。在设计计算机通信程序时,需要采用并行编程机制完成各种任务。并行编程机制主要有多进程和多线程,与多进程相比,多线程能更充分地利用计算机的CPU,具有更高的效率。用Visual C+ 7.0的MFC(Micros oft F oundation Class实现多线程,要解决好构造线程、线程内通信和同步的问题。a.如何构造线程。在程序中调用函数A fx BeginThread(创建一个新线程。CW inThread3A fx BeginThread(AFX THRE

18、 ADPROC pfnThreadProc,LPVOI D pParam,int nPriority= THRE AD PRI ORITY NORM A L,UI NT nStackSize=0, DW ORD dwCreateFlags=0,LPSEC URITY ATTRI BUTES lpSecurityAttrs=NU LL其中,pfnThreadProc是线程函数名称,pParam是传递给线程的参数,nPriority为线程的优先级,一般来讲线程的优先级越高,线程获得CPU的时间越长。b.如何实现线程内部的通信。有多种方法实现进程中不同线程之间的通信,最好的方法是采用41电力自动化设

19、备2002年Windows消息映射和事件对象。c.如何实现线程的同步。实现线程通信同步有临界区、互斥体和信号灯3种方法。本文采取临界区技术,线程通过临界区技术安全访问数据。在程序中通过函数InitializeCriticalSection初始化临界区,函数EnterCriticalSection进入临界区,通过函数LeaveCriticalSection释放临界区,实现对临界区的控制。114封装类2在用Visual C+7.0开发串口通信软件时,可直接调用Windows API通信函数,实现串口通信,而更为有效的方法是将Windows API通信函数封装成类。本文将结构体和Windows AP

20、I通信函数封装成类CC ommunication。具体封装见类CC ommunication 的实现函数。11411初始化函数初始化函数用于封装打开串口和初始化串口Windows API函数。BOO L CC ommunication:Init(CWnd3pP ortOwner, UI NT port,UI NT baud,char parity,UI NT data bit,UI NT stop bit,DW ORD dwC ommEvents,UI NT readbu ffersize, UI NT writebu ffersize,BOO L bBinary,UI NT handShak

21、ing, BOO L bRTS,BOO L bDTRInitializeCriticalSection(&m csC ommunicationSy2 nc;初始化临界区EnterCriticalSection(&m csC ommunicationSync;进入临界区m hC omm=CreateFile(P ort,GE NERIC RE AD| GE NERIC WRITE,0,NU LL,OPE N EXISTI NG,FI LE F LAG OVER LAPPE D,0;创建文件句柄设置通信参数m C ommT imeouts.ReadIntervalT imeout=

22、1000;m C ommT imeouts.ReadT otalT imeoutMultiplier= 1000m C ommT imeouts.ReadT otalT imeoutC onstant= 1000;m C ommT imeouts.WriteT otalT imeoutMultiplier= 1000;m C ommT imeouts.WriteT otalT imeoutC onstant= 1000;if(SetC ommT imeouts(m hC omm,&m C omm2T ime2 outsif(SetC omm Mask(m hC omm,dwC ommE

23、ventsif(G etC ommState(m hC omm,&m dcbif(BuildC ommDC B(Baud,&m dcbif(SetC ommState(m hC omm,&m dcbelseProcessErrorMessage(“error”;PurgeC omm(m hC omm,PURGE RXC LE AR| PURGE TXC LE AR|PURGE RX ABORT|PURGE TX ABORT;终止串口操作LeaveCriticalSection(&m csC ommunicationSync;离开临界区return TRUE;11

24、412线程处理函数UI NT CC ommunication:C ommThread(LPVOI D pParam CC ommunication3pP ort=(CC ommunication3pPa2 ram;if(pP ort2>m hC ommPurgeC omm(port2>m hC omm,PURGE RX2 C LE AR|PURGE TXC LE AR|PURGE RX ABORT| PURGE TX ABORT;for(;无限期循环bResult=WaitC ommEvent(port2>m hC omm, &Event,&port2>

25、m ov;等待通信事件if(!bResultswitch(dwError=G etLastError(等待触发线程事件Event=WaitF orMultipleObjects(3,port2>m hEventArray,FA LSE,I NFI NITE;switch(Event case0:;异常case1:;读串口if(C ommEvent&E V RXCH ARReceiveChar(port,comstat;调用读串口函数break;case2:;写串口WriteChar(port;调用写串口函数break;11413读串口函数,完成串口的读操作v oid CC omm

26、unication:Receivechar(CC ommunication3 port,C OMST AT comstatfor(;无限循环bResult=ReadFile(port2>m hC omm,&RX Bu ff, 1,&BytesRead,&port2>m ov;:SendMessage(pP ort2>m pOwner2>m51第9期李东晓,等:实现基于Visual C+710的多线程串口通信hWnd,W M C OM M RXCH AR,(WPARAMRX Bu ff, (LPARAMport2>m nP ortNr;114

27、14调用线程函数,开始一个新的线程BOO L CC ommunication:StartThread(if(!(m Thread=A fx BeginThread(C ommThread, thisreturn FA LSE;return TRUE;11415挂起线程函数,挂起正在运行的线程BOO L CC ommunication:StopThread(m Thread2>SuspendThread(;return TRUE;11416写串口函数v oid CC ommunication:WriteChar(CC ommunication3 portResetEvent(port2&g

28、t;m hWriteEvent;触发线程的写事件EnterCriticalSection(&port2>m csC ommunic2ation2 Sync;if(bWrite串口写操作bResult=WriteFile(port2>m hC omm, port2>WriteBu ffer,strlen(char3port2>WriteBu ffer, &BytesSent,&port2>m ov;if(!bWrite异步处理bResult=G etOverlappedResult(port2>m hC omm,&port2&g

29、t;m ov,&BytesSent,TRUE;LeaveCriti2 calSection(&port2>m csC ommunicationSync;释放临界区2应用实例基于类CC ommunication的串口通信程序,应用到火电场翻车机实时监控系统中(上位机每隔一定的时间向P LC发送命令,并从P LC中读出数据,经现场运行使用,该通信程序能快速、准确地完成数据采集任务。在类CC ommunication的基础之上封装对M O2 DE M的控制函数,从而实现了远程智能设备的串口通信,基于类CC ommunication的通信程序应用于电能量数据采集系统中,充分发挥了

30、多线程的优势,能够快速、准确地完成对大量电能量数据的采集。参考文献:京:中国水利电力出版社,2000.NE LS ON M.Serial communication programmingM.T ranslat2 ed by X iaoxiang w orking studio.Beijing:Hydraulic and E lectric P ower Press,2000.2K RUG LI NSKI D J.Visual C+6.0技术内幕M.希望图书创作室译.第5版.北京:北京希望电子出版社,1999.K RUG LI NSKI D J.Visual C+6.0ProgrammingM.T rans2 lated by H ope book w orking studio.5thed.Beijing:BeijingH ope E lectronic Press,1999.(责任编辑:汪仪珍作者简介:李东晓(1975-,男,河南南阳人,硕士研究生,研究方向为电力系统运行与控制(E2mail:lnldx;李晓明(1955-,男,湖北应城人,教授,从事电力系统及其自动化专业的科研和教学工作;肖鲲(1978-,男,湖北荆州人,硕士研究生,研究方向为电力系统运行与控制;张发忠(1978-,男,湖北随州人,硕士研究