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    • 串行通信与重叠I/O

      Win 32系统把文件的概念进行了扩展。无论是文件、通信设备、命名管道、邮件槽、磁盘、还是控制台,都是用API函数CreateFile来打开或创建的。该函数的声明为:

      HANDLE CreateFile(

      LPCTSTR lpFileName, // 文件名  

      DWORD dwDesiredAccess, // 访问模式  

      DWORD dwShareMode, // 共享模式  

      LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes, // 通常为NULL

      DWORD dwCreationDistribution, // 创建方式  

      DWORD dwFlagsAndAttributes, // 文件属性和标志

      HANDLE hTemplateFile // 临时文件的句柄,通常为NULL  

      );

        如果调用成功,那么该函数返回文件的句柄,如果调用失败,则函数返回INVALID_HANDLE_VALUE。

      在打开通信设备句柄后,常常需要对串行口进行一些初始化工作。这需要通过一个DCB结构来进行。DCB结构包含了诸如波特率、每个字符的数据位数、奇偶校验和停止位数等信息。在查询或配置置串行口的属性时,都要用DCB结构来作为缓冲区。

        调用GetCommState函数可以获得串口的配置,该函数把当前配置填充到一个DCB结构中。一般在用CreateFile打开串行口后,可以调用GetCommState函数来获取串行口的初始配置。要修改串行口的配置,应该先修改DCB结构,然后再调用SetCommState函数用指定的DCB结构来设置串行口。

        除了在DCB中的设置外,程序一般还需要设置I/O缓冲区的大小和超时。Windows用I/O缓冲区来暂存串行口输入和输出的数据,如果通信的速率较高,则应该设置较大的缓冲区。调用SetupComm函数可以设置串行口的输入和输出缓冲区的大小。

        在用ReadFile和WriteFile读写串行口时,需要考虑超时问题。如果在指定的时间内没有读出或写入指定数量的字符,那么ReadFile或WriteFile的操作就会结束。要查询当前的超时设置应调用GetCommTimeouts函数,该函数会填充一个COMMTIMEOUTS结构。调用SetCommTimeouts可以用某一个COMMTIMEOUTS结构的内容来设置超时。

        有两种超时:间隔超时和总超时。间隔超时是指在接收时两个字符之间的最大时延,总超时是指读写操作总共花费的最大时间。写操作只支持总超时,而读操作两种超时均支持。用COMMTIMEOUTS结构可以规定读/写操作的超时,该结构的定义为:

      typedef struct _COMMTIMEOUTS {  

      DWORD ReadIntervalTimeout; // 读间隔超时

      DWORD ReadTotalTimeoutMultiplier; // 读时间系数

      DWORD ReadTotalTimeoutConstant; // 读时间常量

      DWORD WriteTotalTimeoutMultiplier; // 写时间系数

      DWORD WriteTotalTimeoutConstant; // 写时间常量

      } COMMTIMEOUTS,*LPCOMMTIMEOUTS;

        COMMTIMEOUTS结构的成员都以毫秒为单位。总超时的计算公式是:

      总超时=时间系数×要求读/写的字符数 + 时间常量

        例如,如果要读入10个字符,那么读操作的总超时的计算公式为:

      读总超时=ReadTotalTimeoutMultiplier×10 + ReadTotalTimeoutConstant

        可以看出,间隔超时和总超时的设置是不相关的,这可以方便通信程序灵活地设置各种超时。

        如果所有写超时参数均为0,那么就不使用写超时。如果ReadIntervalTimeout为0,那么就不使用读间隔超时,如果ReadTotalTimeoutMultiplier和ReadTotalTimeoutConstant都为0,则不使用读总超时。如果读间隔超时被设置成MAXDWORD并且两个读总超时为0,那么在读一次输入缓冲区中的内容后读操作就立即完成,而不管是否读入了要求的字符。

        在用重叠方式读写串行口时,虽然ReadFile和WriteFile在完成操作以前就可能返回,但超时仍然是起作用的。在这种情况下,超时规定的是操作的完成时间,而不是ReadFile和WriteFile的返回时间。

      在用ReadFile和WriteFile读写串行口时,既可以同步执行,也可以重叠(异步)执行。在同步执行时,函数直到操作完成后才返回。这意味着在同步执行时线程会被阻塞,从而导致效率下降。在重叠执行时,

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      WINDOWS编程

      即使操作还未完成,调用的函数也会立即返回。费时的I/O操作在后台进行,这样线程就可以干别的事情。例如,线程可以在不同的句柄上同时执行I/O操作,甚至可以在同一句柄上同时进行读写操作。“重叠”一词的含义就在于此。

        ReadFile函数只要在串行口输入缓冲区中读入指定数量的字符,就算完成操作。而WriteFile函数不但要把指定数量的字符拷入到输出缓冲中,而且要等这些字符从串行口送出去后才算完成操作。

        ReadFile和WriteFile函数是否为执行重叠操作是由CreateFile函数决定的。如果在调用CreateFile创建句柄时指定了FILE_FLAG_OVERLAPPED标志,那么调用ReadFile和WriteFile对该句柄进行的读写操作就是重叠的,如果未指定重叠标志,则读写操作是同步的。

        函数ReadFile和WriteFile的参数和返回值很相似。这里仅列出ReadFile函数的声明:

      BOOL ReadFile(

      HANDLE hFile, // 文件句柄

      LPVOID lpBuffer, // 读缓冲区

      DWORD nNumberOfBytesToRead, // 要求读入的字节数  

      LPDWORD lpNumberOfBytesRead, // 实际读入的字节数

      LPOVERLAPPED lpOverlapped // 指向一个OVERLAPPED结构

      ); //若返回TRUE则表明操作成功

       

        需要注意的是如果该函数因为超时而返回,那么返回值是TRUE。参数lpOverlapped在重叠操作时应该指向一个OVERLAPPED结构,如果该参数为NULL,那么函数将进行同步操作,而不管句柄是否是由FILE_FLAG_OVERLAPPED标志建立的。

        当ReadFile和WriteFile返回FALSE时,不一定就是操作失败,线程应该调用GetLastError函数分析返回的结果。例如,在重叠操作时如果操作还未完成函数就返回,那么函数就返回FALSE,而且GetLastError函数返回ERROR_IO_PENDING。

        在使用重叠I/O时,线程需要创建OVERLAPPED结构以供读写函数使用。OVERLAPPED结构最重要的成员是hEvent,hEvent是一个事件对象句柄,线程应该用CreateEvent函数为hEvent成员创建一个手工重置事件,hEvent成员将作为线程的同步对象使用。如果读写函数未完成操作就返回,就那么把hEvent成员设置成无信号的。操作完成后(包括超时),hEvent会变成有信号的。

        如果GetLastError函数返回ERROR_IO_PENDING,则说明重叠操作还为完成,线程可以等待操作完成。有两种等待办法:一种办法是用象WaitForSingleObject这样的等待函数来等待OVERLAPPED结构的hEvent成员,可以规定等待的时间,在等待函数返回后,调用GetOverlappedResult。另一种办法是调用GetOverlappedResult函数等待,如果指定该函数的bWait参数为TRUE,那么该函数将等待OVERLAPPED结构的hEvent 事件。GetOverlappedResult可以返回一个OVERLAPPED结构来报告包括实际传输字节在内的重叠操作结果。

        如果规定了读/写操作的超时,那么当超过规定时间后,hEvent成员会变成有信号的。因此,在超时发生后,WaitForSingleObject和GetOverlappedResult都会结束等待。WaitForSingleObject的dwMilliseconds参数会规定一个等待超时,该函数实际等待的时间是两个超时的最小值。注意GetOverlappedResult不能设置等待的时限,因此如果hEvent成员无信号,则该函数将一直等待下去。

        在调用ReadFile和WriteFile之前,线程应该调用ClearCommError函数清除错误标志。该函数负责报告指定的错误和设备的当前状态。

        调用PurgeComm函数可以终止正在进行的读写操作,该函数还会清除输入或输出缓冲区中的内容。

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