VC串口上位机编程学习笔记

下面就结合自己的理解，分析MTTY的SAMPLE CODE，就当读书笔记吧。希望对打算用API进行串口编程的朋友有所帮助，能尽快读懂MTTY的源码，建立起串口编程的思想框架，高手请飘过。阅读这篇文章需要你有阅读MSDN的英文能力，对串口概念有基本的认识。
开讲之前再啰嗦一把，按我找的资料来看，有几个普遍观点：1 WINNT串口不能用同步模式工作 2 简单地应用用同步模式、开单线程，实时性高地用异步单线程或多线程，因为异步＋多线程比同步\异步＋单线程要复杂得多。先说第二点，首先异步多线程确实要复杂得多，但也不至于有登天那么难，以我现在的水平就能基本搞明白，我从6月1日儿童节头脑发热决心研究编程，要知道那时候我还以为VC是一种语言，而且最开始的几天都花在纠结该学哪种语言上，半路出家，完全没有基础。其次出于学习考虑，找最难的整，学到的东西才多，至少学完串口能对多线程的使用有一定地直观了解。再次，从性能上说，异步多线程是最好的，而且使用非常灵活，能应付一切需求。所以初学串口，就咬紧牙搞异步多线程吧,CreatFile时用上OVERLAPPED，哈哈，那就一发不可收拾了。差点忘了说第一点，我从来不打算用同步模式，我也不知道行不行。
以下 xxx()表示一个函数，没有特别说明的话指SAMPLE CODE里的自定义函数。
第一：串口工作环境地建立
点击FILE里的CONNECT后，调用 INIT.C里的SetupCommPort（）进行串口初始化：
1打开串口
用API函数CreateFile
2设置串口
调用UpdateConnection（），先建立一个dcb结构体（记得一定要初始化后再使用），然后用API函数GetCommState把现在的串口配置存入新建的dcb中，因为一般对串口参数的设置就是波特率之类，其他用默认即可，获取现在串口配置保存到我们建立的 dcb中，再根据需要进行修改会方便得多。根据需要对dcb内的成员赋值后，再用API函数SetCommState使设置好的 dcb生效，下一步就是用API函数SetCommTimeouts进行超时设置。
最后用用API函数SetupComm设置输入输出缓存。
至此，串口已经准备好，可以供我们使用了。
无论什么时候需要开始使用串口，按上面的步骤进行初始化操作都是必须而且有效的。
这里有另外两个API函数顺便说一下，1CommConfigDialog，2PurgeComm。
第一个是调用WINDOWS自带的串口设置对话框设置串口参数，这需要新建立一个COMMCONFIG 结构体来接收设置，COMMCONFIG里也有一个dcb结构，通话框里的设置自然就是保存到这里边来了，这个结构体在使用前记得要初始化。在调用CommConfigDialog前把现在的dcb 结构存到COMMCONFIG里是个好办法，不然对话框里的参数都是系统默认的，还得一个一个改。另外COMMCONFIG 在使用前要对成员wVersion和dwSize 赋值，否则执行会有异常，具体设置在MSDN里有详细说明。有人说其中的dwSize 不能填 sizeof COMMCONFIG，但MSDN里用的就是SIZEOF，我也用得很好，没有任何问题。
第二个函数在MSDN的说明是：Discards all characters from the output or input buffer of a specified communications resource. It can also terminate pending read or write operations on the resource.简单说就是立即中断串口的一切操作，当用CommConfigDialog设置好串口参数后，当然是希望串口按新的状态工作，所以应该接着调用PurgeComm。如果你想等所有的读写（包括未决的）操作都完成再生效，就需要使用事件“event”，在后面会说到它。
最后用StartThreads(void)建立读、写线程，MTTY里的监视和读是同一个线程。
至此这里串口的工作环境建立完成。
第二 让串口按我们的要求进行读写
串口工作环境地建立比较程式化，一步一步做完即可。那怎么按我们的要求让串口工作起来呢？下面说说怎么具体地实现利用多线程进行异步串口操作。我也只是有了初步概念，以下叙述若有错误，日后再更正。

第二 让串口按我们的要求进行读写
串口工作环境地建立比较程式化，一步一步做完即可。那怎么按我们的要求让串口工作起来呢？下面说说怎么具体地实现利用多线程进行异步串口操作。我也只是有了初步概念，以下叙述若有错误，日后再更正。
先回忆一下上一节的内容，如何建立串口的工作环境：
1.打开串口，用CreateFile
2.DCB xxx ,xxx就是我们要用的串口配置结构体。可以选择用GetCommState获取当前串口配置，存入xxx。
3.按需求填写串口配置块xxx。这时可以用用CommConfigDialog。
4.SetCommState让串口配置块xxx生效
5.设置超时，用SetCommTimeouts
6.设置缓存，用SetupComm
7.创建读、写、监视线程
还是以写串口为例子，我的程序里需要定时更新仪表面板数据，那段程序执行时间最多能达到150ms,它是在主进程里执行的，更新面板数据后还要把数据写到串口，又是一段不短的时间，这样接口程序运行起来让人感觉老是慢半拍，更严重的是如果这个时候下位机发了数据上来，是完全不会得到响应的。所以非常有必要把读、写、监视串口用单独的线程来执行。
我的接口程序最开始写串口时对CPU的点用是近100％，后来把写单独做一个线程，CPU占用率降到25％，再用简单的处理办法：在更新面板数据时让写线程挂起，更新完成后再唤醒写线程，CPU占用率降到可以乎略不计。
平时常用的串口调试助手，同时打开两个，其中一个向另一个循环发字符，CPU（单核闪龙3400＋）占用率立即会飙到100％，但做同样的事情，MS的MTTY工作得就非常好，CPU占用率在5％以内，足见多线程的威力。
创建了线程，当然就有对应线程的函数，MTTY里对应写线程的是
DWORD WINAPI WriterProc(LPVOID lpV)，LPVOID lpV是传递给线程函数的参数，在MTTY里这个值是NULL。
写串口是主动的，我们需要在需要写串口的时候让写串口线程函数里的程序工作起来，平时碰到类似的任务一般是用设flag实现，但是我们写串口的时候需要知道上一次的写操作是否已经结束，这又需要一个flag，其他还有很多需要设flag的地方，flag这么多，怎么安排得过来。还好，WINDOWS有办法解决这个问题,那就是用event （事件）。
跟事件相关的API函数有
CreatEvent, 创建一个事件，需要用到事件时就创建它
SetEvent, 置事件为有信号的
ResetEvent, 重置事件为无信号
WaitForSingleObjects, 等待一个事件
WaitForMultipleObjects，等待多个事件
来打个比方说说这些函数的作用：
一个个的事件就像是一个个的信号灯，我们想知道谁的状态，那就用CreatEvent做几盏灯给他戴到头上，一个状态对应一盏灯。状态发生了就用SetEvent让灯亮（让事情有信号）代表对应的状态发生了，状态结束了就用ResetEvent（重置事件没无信号）让灯灭掉代表嘛事都没有了。然后谁想偷_窥别人了，就用WaitForMultipleObjects或者WaitForSingleObjects这两个马仔来监视，当然得先告诉马仔你想监视谁的哪个状态，马仔就会不间断地把人家的头顶都瞅一遍，要是你想要的状态代表的灯亮了，它立马会告诉你，碰到其他情况它也会给你相应的信息，你再根据不同的信息做不同的处理。
还有一种情况，就是你想让别人控制你，那你就自己建信号灯然后自己盯着头顶，别人调用SetEvent和ResetEvent来控制你的灯，你自己再根据灯的亮灭做相应的操作。MTTY里的写线程函数就是这么干的。
下面开始分析MTTY里神奇的SENDREPEATEDLY：
从这开始case ID_TRANSFER_SENDREPEATEDLY:，这个case里最后的操作是调用TransferRepeatCreate，我们来看看这个函数干了什么，看这个函数的代码，它干了不少事情，怎么没有在里边没看到操作串口？前边我们已经说了，为写串口单独建立了一个线程，所以操作操口的勾当绝对是在线程函数里干的。
我们只关心重点，既然是repeatedly，定时的话，那肯定是用定时器了，果然有
mmTimer = timeSetEvent((UINT) dwFrequency, 10, TransferRepeatDo, dwRead, TIME_PERIODIC);
TransferRepeatDo就是定时器的回调函数，我们再看看它干了什么，只是调用了WriterAddNewNodeTimeout，看意思是新增加一个节点，这个写串口还跟节点扯什么关系？再看这个函数干了什么：Adds a new write request packet, timesout if can't allocate packet.里边的第一句就是 PWRITEREQUEST pWrite;
这个PWRITEREQUESTtypedef struct WRITEREQUEST
{
DWORD      dwWriteType;        // char, file start, file abort, file packet
DWORD      dwSize;             // size of buffer
char       ch;                 // ch to send
char *     lpBuf;              // address of buffer to send
HANDLE     hHeap;              // heap containing buffer
HWND       hWndProgress;       // status bar window handle
struct WRITEREQUEST *pNext;    // next node in the list
struct WRITEREQUEST *pPrev;    // prev node in the list
} WRITEREQUEST, *PWRITEREQUEST;
明白了前面为啥是addnewnode了，这里用到了链表lined list ,因为要写的数据可能很多，串口只能一个一个写，要写的数据先放到链表里，然后串口再依次地写。把建立要写的数据和写数据地操作分开来，那两者就互不影响了。
建完新的数据节点，下一步当然就是把节点放到链表里，倒数第二句AddToLinkedList(pWrite);
这个函数里就是典型的链表增加节点地操作，重点在后面SetEvent(ghWriterEvent)，增加完节点，让ghWriterEvent这个信号灯亮起来，直觉告诉我们，这就是亮给写线程看的，看一下都有谁使用它，真相揭晓，传说中的写线程函数终于闪亮登场：
DWORD WINAPI WriterProc(LPVOID lpV)
这里边的细枝末节比较多，照例只关心重点，里面建立了两个事件
ghWriterEvent = CreateEvent(NULL, FALSE, FALSE, NULL);
   if (ghWriterEvent == NULL)
       ErrorInComm("CreateEvent(writ request event)");
   ghTransferCompleteEvent = CreateEvent(NULL, FALSE, FALSE, NULL);
   if (ghTransferCompleteEvent == NULL)
       ErrorInComm("CreateEvent(transfer complete event)");
ghWriterEvent 就是给AddToLinkedList(pWrite);用的，它更新完链表就通知写线程去写串口，那写线程是怎么等这个消息的呢？就是在这里：
hArray[0] = ghWriterEvent;
hArray[1] = ghThreadExitEvent;
while ( !fDone )
{
       dwRes = WaitForMultipleObjects(2, hArray, FALSE, WRITE_CHECK_TIMEOUT);
       switch(dwRes)
       {
           case WAIT_TIMEOUT:
                   break;
           case WAIT_FAILED:
                   ErrorReporter("WaitForMultipleObjects( writer proc )");
                   break;
           //
           // write request event
           //
           case WAIT_OBJECT_0:
                   HandleWriteRequests();
                   break;
           //
           // thread exit event
           //
           case WAIT_OBJECT_0 + 1:
                   fDone = TRUE;
                   break;
       }
   }
   CloseHandle(ghTransferCompleteEvent);
   CloseHandle(ghWriterEvent);
   //
   // Destroy WRITE_REQUEST heap
   //
   HeapDestroy(ghWriterHeap);
   return 1;
}
ghWriterEvent是事件组hArray的第一个，那如果这个事件有信号后， WaitForMultipleObjects返回   WAIT_OBJECT_0：
       case WAIT_OBJECT_0:
                   HandleWriteRequests();
                   break;
HandleWriteRequests处理写串口请求，绕了这么多弯，终于要写串口了，激动，冲过去一看，靠，就是一堆case，原来这里是要根据不同的数据包选择不同的写串口函数，这就是所谓的全能型软件了。我们写的是file,那就是这个case
case WRITE_FILE:          WriterFile(pWrite);
                                     //
                                     // free data block
                                     //
                                     EnterCriticalSection(&gcsDataHeap);
                                     fRes = HeapFree(pWrite->hHeap, 0, pWrite->lpBuf);
                                     LeaveCriticalSection(&gcsDataHeap);
                                     if (!fRes)
                                         ErrorReporter("HeapFree(file transfer buffer)");
                                     break;
WriteFile里是WriterGeneric，看到了吧，这个WriterGeneric就是典型的写串口函数了，跟Serial Communications in WIN32里一模一样，这个在里边有详细的说明，这里就不讲了。
再来考虑另一个问题，线程函数内的代码一旦执行完成，线程函数就返回了，然后线程就结束了，那我们肯定是希望线程在我们要求它结束时他才结束，其他时候他就老老实实地听命令定串口，那这是怎么实现的呢？就是在这里while ( !fDone )很简单吧，就是一个while,while里面就是马仔
dwRes = WaitForMultipleObjects(2, hArray, FALSE, WRITE_CHECK_TIMEOUT);
       switch(dwRes)
       {
           case WAIT_TIMEOUT:
                   break;
           case WAIT_FAILED:
                   ErrorReporter("WaitForMultipleObjects( writer proc )");
                   break;
           //
           // write request event
           //
           case WAIT_OBJECT_0:
                   HandleWriteRequests();
                   break;
           //
           // thread exit event
           //
           case WAIT_OBJECT_0 + 1:
                   fDone = TRUE;
                   break;
       }
   }
我们再看看这个fDone是谁控制的，最后一个case
case WAIT_OBJECT_0 + 1:
                   fDone = TRUE;
                   break;
当fDone为真，那while就退出了，然后线程函数内的代码执行完，线程也就结束了。那WAIT_OBJECT_0 + 1:又是表示哪个事件有信号呢？看前面：hArray[1] = ghThreadExitEvent;， ghThreadExitEvent，这是一个全局变量，字面意思就是进程退出事件，我们先来想想，什么时候才需要退出写线程，是不是应该在关闭串口的时候，看看ghThreadExitEvent被谁引用了
就是这个DWORD WaitForThreads(DWORD dwTimeout)，里边有一句SetEvent(ghThreadExitEvent);这句代码一执行ghThreadExitEvent就置为有信号。
我们可以看到，可以在函数内用局部的flag ,但跟别的线程通信一定要用event
DWORD WaitForThreads是在BOOL BreakDownCommPort()调用的，跟设想的一样，在关闭串口时结束写线程。再看看是谁调用了它，case ID_FILE_DISCONNECT:，点击菜单内的DISCONNECT关闭串口。
SENDREPEATEDLY的代码描绘了多线程异步串口的写操作，虽然层层包装但功能清淅，读懂了这部分，其他功能再研究起来就很简单了，读串口也就是多了SetCommMask之类的东西而已。