一、串口API
1. 打開串口
使用CreateFile函數可以打開串口。通常有兩種方式可以打開，一種是同步方式（NonOverlapped），另外一種異步方式（Overlapped）。
HANDLE hComm;
hComm = CreateFile( gszPort, //串口名
GENERIC_READ|GENERIC_WRITE //讀寫
0, //注意：串口為不可共享設備，本參數須為0
0,
OPEN_EXISTING,
FILE_FLAG_OVERLAPPED, //異步方式
0);
if(hComm == INVALID_HANDLE_VALUE) //打開串口失敗處理
······
2. 配置串口
DCB（Device Control Block）結構定義了串口通信設備的控制設置，有3種方式可以初始化DCB。
- 通過GetCommState函數得到DCB的初始值：
DCB dcb;
memset(&dcb, 0, sizeof(dcb));
if(!GetCommState(hComm, &dcb)) …… //錯誤處理
else …… //已准備就緒
- 用BuildCommDCB函數初始化DCB結構：
DCB dcb;
memset(&dcb, 0, sizeof(dcb));
dcb.DCBlength = sizeof(dcb);
if(!BuildCommDCB(“9600,n,8,1”, &dcb)) …… //參數配置錯誤
else …… //已准備就緒
- 用SetCommState函數手動設置DCB初值：
DCB dcb;
memset(&dcb, 0, sizeof(dcb));
if(!GetCommState(hComm, &dcb)) return FALSE;
dcb.BaudRate = CBR_9600;
3. 流控設備
流控制有如下兩種設置：
- 硬件流控制：硬件流控有兩種，DTE/DSR方式和RTS/CTS方式。這與DCB結構的初始化有關系，建議采用標准流行的流控方式，采用硬件流控時，DTE、DSR、RTS、CTS的邏輯位直接影響到數據的讀寫及收發數據的緩沖區控制。
- 軟件流控制：串口通信中采用特殊字符XON和XOFF作為控制串口數據的收發。
注意：在不設置流控制方式或軟件流控的情況下，基本上不會出現什么問題，但在硬件流控下，規范的RTS_CONTROL_HANDSHAKE流控方式的含義本來是當緩沖區快滿的時候RTS會自動OFF通知對方暫停發送，當緩沖區重新空出來的時候，RTS會自動ON，但很多時候當RTS變OFF以后即使已經清空了緩沖區，RTS也不會自動的ON，造成對方停在那里不發送了。所以，如果要用硬件流控制的話，還要在接收后最好加上檢測緩沖區大小的判斷，具體做法是使用ClearCommError后返回COMSTAT.cbInQue，當緩沖區已經空出來的時候，要使用invoke(EscapeCommFunction,hComm,SETRTS)重新將RTS設置為ON。
4. 串口讀寫操作
串口讀寫有兩種方式：同步方式（NonOverlapped）和異步方式（Overlapped）。同步方式指必須完成了讀寫操作，函數才返回，這可能會使程序無響應，因為如果在讀寫時發生了錯誤，永遠不返回就會出錯，可能線程將停在原地。而異步方式則靈活的多，一旦讀寫不成功，就將讀寫掛起，函數直接返回，可以通過GetLastError函數得知讀寫未成功的原因，所以串口讀寫常常采用異步方式操作。
ReadFile()函數用於完成讀操作，異步方式的讀操作為：
DWORD dwRead;
BOOL fWaitingOnRead = FALSE;
OVERLAPPED osReader;
memset(&osReader, 0, sizeof(osReader));
osReader.hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);
if(osReader.hEvent == NULL) …… //錯誤處理
if(!fWaitingOnRead)
{
if(!ReadFile(hComm, lpBuf, READ_BUF_SIZE, &dwRead, &osReader)) //讀串口
{
if(GetLastError() != ERROR_IO_PENDING) …… //報告錯誤
else fWaitingOnRead = TRUE;
}
}
else
{
//讀取完成，不必在調用GetOverlappedResults函數
HandleASuccessfulRead(lpBuf, dwRead);
}
//如果讀操作被掛起，可以調用WaitForSingleObject()函數或
//WaitForMuntilpleObjects()等待讀操作完成或者超時發生，
//再調用GetOverlappedResult()得到想要的信息。
if(fWaitingOnRead)
{
dwRes = WaitForSingleObject(osReader.hEvent, READ_TIMEOUT);
switch(dwRes)
{
case WAIT_OBJECT_0: //完成讀操作
if(!GetOverlappedResult(hComm, &osReader, &dwRead, FALSE)) …… //錯誤
else …… //全部讀取成功
HandleASuccessfulRead(lpBuf, dwRead);
fWaitintOnRead = FALSE;
break;
case WAIT_TIMEOUT: //操作尚未完成
……. //處理其他任務
break;
default:
…… //出現錯誤
break;
}
}
注意上述代碼在處理多線程串口在windows系列下存在一些問題，修改完成后代碼參考1.4節。
5. 關閉串口
程序結束或需要釋放串口資源時，必須正確關閉串口。調用CloseHandle函數關閉串口的句柄即可，
CloseHandle(hComm);
值得注意的是，在關閉串口前必須保證讀寫串口線程已經退出，否則會引起誤操作，一般采用的辦法是使用事件驅動機制，啟動一事件，通知串口讀寫線程強制退出。
6. 其他問題
串口通信中其他必須處理的問題主要有如下幾個：
- 檢測通信事件：用SetCommMask()設置想要得到的通信事件的掩碼，再調用WaitCommEvent()檢測通信事件的發生。可設置事件標志有EV_BREAK \ EV_VTS \ EV_DSR \ EV_ERR \ EV_RING \ EV_RLSD \ EV_RXCHAR \ EV_RXFLAG \ EV_TXEMPTY。
- 處理通信超時：在通信中，超時是一個很重要的考慮因素，因為數據接收過程中由於某種原因突然中斷或停止，如果不采取超時控制機制，將會使得I/O線程被掛起或無限阻塞。超時設置分兩步，首先設置COMMTIMEOUTS結構的5個變量，然后調用SetcommTimeouts()設置超時值，對於使用異步方式讀寫的操作，如果操作掛起后，異步成功完成了讀寫，WaitForSingleObject()或WaitForMultipleObjects()將返回WAIT_OBJECT_0，GetOverlappedResult()返回TRUE。其實還可以用GetCommTimeouts()得到系統初始值。
- 錯誤處理和通信狀態：在串口通信中，可以會產生很多的錯誤，使用ClearCommError()可以檢測錯誤並且清除錯誤條件。
- WaitCommEvent()返回時，只是指出了如CTS等等狀態有變化。但要了解具體變化情況必須使用GetCommModemStatus()獲得串口線路狀態更詳細的信息。
二、串口操作方式
1. 同步方式
同步（NonOverlapped）方式是比較簡單的一種方式，編寫代碼長度明顯少於異步(Overlapped)方式。同步方式中，讀串口的函數試圖在串口的接收緩沖區中讀取規定數據的數據，直到規定數據的數據全部被讀出或設定超時時間已到時才返回。例如：
COMMTIMEOUTS timeOver;
memset(&timeOver, 0, sizeof(timeOver));
DWORD timeMultiplier, timeConstant;
……
timeOver.ReadTotalTimeoutMultiplier = timeMultiplier;
timeOver.ReadTotalTimeoutConstant = timeConstant;
SetCommTimeouts(hComm, &timeOver);
……
ReadFile(hComm, inBuffer, nWantRead, &nRealRead, NULL); //NULL指采用同步文件讀寫
如果所規定的待讀取數據的數目nWantRead較大且設定的超時時間較長，而接收緩沖區中數據較少，則可能引起線程阻塞。解決這一問題的方法是檢查COSTAT結構的cbInQue成員，該成員的大小即為接收緩沖區中處於等待狀態的實際個數。如果令nWantRead的值等於COMSTAT.cbInQue，就能很好的防止線程阻塞。
2. 異步方式
在異步方式中，利用Windows的多線程結構，可以讓串口的讀寫操作在后台進行，而應用程序的其他部分在前台執行。例如：
OVERLAPPED wrOverlapped;
COMMTIMEOUTS timeOVer;
memset(&timeOver, 0, sizeof(timeOver));
DWORD timeMultiplier, timeConstant;
…… //給timeMultiplier, timeConstant賦值
timeOver.ReadTotalTimeoutMultiplier = timeMultiplier;
timeOver.ReadTotalTimeoutConstant = timeConstant;
SetCommTimeouts(hComm, &timeOver);
wrOverlapped.hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);
……
ReadFile(hComm, inBuffer, nWantRead, &nRealRead, &wrOverlapped);
GetOverlappedResult(hComm, &wrOverlapped, &nRealRead,TRUE);
……
ResetEvent(wrOverlapped.hEvent);
上面代碼中的ReadFile由於采用了異步方式，所以只返回數據是否已經開始讀入的狀態，並不返回實際的讀入數據，即ReadFile中的nRealRead無效。實際讀入的數據由GetOverlappedResult返回的，該函數的最后一個參數值為TRUE，表示它等待異步操作結束后才返回到應用程序，此時，GetOverlappedResult與WaitForSingleObject函數無效。
3. 查詢方式
即一個進程中的某一線程定時地查詢串口的接收緩沖區，如果緩沖區中有數據，就讀取數據；若緩沖區沒有數據，該線程將繼續執行，因此會占用大量的CPU時間，它實際上是同步方式的一種派生。例如：
COMMTIMEOUTS timeOver,
Memset(&timeOver, 0, sizeof(timeOver));
timeOver.ReadIntervalTimeout = MAXWORD;
SetCommTimeouts(hComm, &timeOver);
……ReadFile(hComm, inBuffer, nWantRead, &nRealRead, NULL);
除了COMMTIMEOUTS結構的變量timeOver設置不同外，查詢方式與同步方式在程序代碼方面很類似，但二者的工作方式卻差別很大。盡管ReadFile采用的也是同步文件讀寫方式，但由於timeOver的區間超過時間設置為MAXWORD，所以ReadFile每次將讀出接收隊列中的所有處於等待狀態的數據，一次最多可讀出nWantRead個字節的數據。
4. 事件驅動方式
若對端口數據的響應時間要求較嚴格，可采用事件驅動方式。事件驅動方式通過設置事件通知，當所希望的事件發生時，Windows發出該事件已經發生的通知。Windows定義了9中串口通信事件，常用的有以下3中：
- EV_RXCHAR：接收到一個字節，並放入輸入緩沖區。
- EV_TXEMPTY：輸出緩沖區中的最后一個字符，發送出去。
- EV_RXFLAG：接收到事件字符（DCB結構中的EvtChar成員），放入輸入緩沖區。
在用SetCommMask()制定了有用的事件后，應用程序可調用WaitCommEvent()來等待事件的發生。SetCommMask可使WaitCommEvent()中止。例如：
COMSTAT comStat;
DWORD dwEvent;
SetCommMask(hComm, EV_RXCHAR);
……
if(WaitCommEvent(hComm, &dwEvent, NULL))
if((dwEvent & EV_RXCHAR) && comstat.cbInQue)
ReadFile(hComm, inBuffer, comstat.cbInQue, &nRealRead, NULL);
5. 總結
一般要求情況下，查詢方式是一種最直接的讀串口的方式。但定時查詢存在一個致命的弱點，即查詢是定時發生的，可能發生的過早或過晚。在數據變化較快的情況下，特別是主控計算機的串口通過擴展板擴展多個時，需定時對所有串口輪流查詢，容易發生數據的丟失。雖然定時間隔越小，數據的實時性越高，但系統的資源也被占用越多。
Windows中提出文件讀寫的異步方式，主要是針對文件IO相對較慢的速度而進行的改進，它利用了系統的多線程結構，雖然在Windows中沒有實現任何對文件IO的異步操作，但它卻能對串口進行異步操作。采用異步方式，可以提高系統整體性能，在對系統強壯性要求高的場合，建議采用這種方式。
事件驅動方式是一種高效的串口讀方式。這種方式實時性較高，特別對擴展了多個串口的情況，並不要求像查詢方式那樣定時地對所有串口輪詢，而像中斷方式那樣，只有當設定的事件發生時，應用程序得到windows操作系統發出的消息后，才進行相應處理，以免數據丟失。