Windows CE.NET 4.2下PC與單片機的串行通信

在工業(yè)控制中，常需要將單片機采集到的數(shù)據(jù)傳送給PC機處理、顯示，并且根據(jù)處理結(jié)果給單片機發(fā)送控制命令。串行通信雖然傳送速度相對較慢，但是傳送成本低，對實現(xiàn)監(jiān)視和控制，具有足夠的帶寬，并且沒有過于復雜的編解碼，實現(xiàn)自定義的協(xié)議也不復雜，因而在工業(yè)自動化、通信和軍事等領(lǐng)域的應用十分廣泛。隨著Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)在工業(yè)控制中的廣泛應用，設(shè)計和實現(xiàn)Windows CE下PC與單片機的串行通信具有重要的意義。

1Windows CE.NET 4.2簡介

Windows CE 是一個面向移動計算和嵌入式應用的操作系統(tǒng)，其突出優(yōu)點是模塊化、可定制性、完備性、實時性、通信能力強大和基于Win32應用程序編程接口。 Windows CE.N ET 4.2是為嵌入式市場重新設(shè)計的Windows CE 3.0的后繼產(chǎn)品，為快速建立下一代智能移動和小內(nèi)存占用的設(shè)備提供了一個健壯的實時操作系統(tǒng)。他包括創(chuàng)建一個基于定制設(shè)備的Wi ndows CE所需的一切。?

2Windows CE.NET 4.2下的串行通信技術(shù)

 串行端口在Windows CE.NET 4.2（以下簡稱Windows CE）下屬于流接口設(shè)備，他是串行設(shè)備接口常規(guī)I/O驅(qū)動程序的調(diào)用與通信相關(guān)的具體函數(shù)的結(jié)合。串行設(shè)備被視為用于打開、關(guān)閉和讀寫串行端口的常規(guī)的可安裝的流設(shè)備。Windows CE的串口函數(shù)和Windows的串口函數(shù)基本相同，但有幾點值得注意：

 (1)Windows CE只支持Unicode字符集，在編程時必須特別注意。

 (2) Windows CE不支持重疊的I/O操作。

2.1打開和關(guān)閉串行端口

在所有的流設(shè)備驅(qū)動程序中，均使用CreateFile來打開串行端口設(shè)備，如果這個端口不存在，CreateFile返回 ERROR_FILE_NOT_FOUND。因此，用戶指定的端口必須是存在并且可用的，而且要遵循Windows CE流接口設(shè)備驅(qū)動程序的命名規(guī)則，即COM后接要打開的端口號再緊跟一個冒號。
    HANDLE hPort = CreateFile (_T("COM1:"),
    GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, 0,NULL,
    OPEN_EXISTING,0,NULL);

關(guān)閉串行端口比較簡單，調(diào)用CloseHandle函數(shù)就能關(guān)閉一個打開的串行端口。CloseHandle只有一個參數(shù)，即調(diào)用CreateFile函數(shù)打開端口時返回的句柄，方法如下：

CloseHandle (hPort);

2.2讀寫串行端口

正如使用CreateFile打開串行端口一樣，可以使用ReadFile和WriteFile函數(shù)來讀寫串行端 口。假設(shè)已經(jīng)調(diào)用CreateFile成功地打開了串行端口，那么只需調(diào)用ReadFile即可從串行端口讀取數(shù)據(jù)：

由于Windows CE不支持重疊的I/O操作，所以第5個參數(shù)必須設(shè)置為NULL。寫串行端口也很 簡單。調(diào)用過程如下：

如果從主線程讀、寫大量的串行數(shù)據(jù)，主線程就會因為等待相對較慢的串行讀或串行寫操作而阻塞，不能即時處理其他的消息。因此最好用單獨的線程來讀寫串行端口。

2.3配置串行端口

讀和寫串行端口比較簡單，但是還需要對端口配置好正確的波特率、字符長度、奇偶校驗、傳輸模式等，端口才能正確通信。可以調(diào)用I/O設(shè)備控制（IOCTL）來配置串行驅(qū)動程序，但此操作需要一些底層的知識，并且要有相應的“嵌入工具包”（ETK），而SDK不能實現(xiàn)該操作。除此之外，還有一種更簡單的方法，就是調(diào)用GetCommState和SetCommState函數(shù)配置串行端口。由于配置端口的DCB結(jié)構(gòu)內(nèi)容較多，所以使用起來比較麻煩。錯誤地初始化 DCB結(jié)構(gòu)是配置串行端口常見的問題。如果一個串行通信函數(shù)沒有產(chǎn)生預期的效果，那么錯誤很可能是在DCB結(jié)構(gòu)體的賦值。在與單片機實現(xiàn)串行通信的時候，由于只用到了RS 232串行口的RXD，TXD和GND三個引腳，而其他的引腳均舍棄不用，所以DCB的成員變量應該如下設(shè)置，否則不能正常通信：

2.4設(shè)置超時值

對于串行端口來說，還必須配置超時值，否則程序可能陷入到一個等待來自串口字符的死循環(huán)。通常，配置超時值和配置串口類似。首先用 GetCommTimeouts函數(shù)獲取當前串口的超時值，然后修改CommTimeouts成員變量的值，最后用SetCommTimeouts設(shè)置新的超時值。

2.5異步多線程通信

雖然Windows CE不支持重疊I/O，但還是可以使用多個線程來實現(xiàn)同樣的操作。當主線程正忙時，需要做的就是運行單獨的線程來處理同步I/O操作。除了使用用于讀和寫的單獨線程以外，Windows CE還支持Win32的WaitCommEvent函數(shù)，該函數(shù)將線程阻塞，直到預先設(shè)定的串行通信事件中的一個發(fā)生。該函數(shù)一般和函數(shù) SetCommMask配合起來使用，SetCommMask設(shè)置WaitCommEvent要等待的串口事件。一般的使用方法是：

先調(diào)用SetCommMask函數(shù)設(shè)定要等待的串口事件，例如串口有數(shù)據(jù)到來（EV_RXCHAR）事件；然后在讀串口線程中調(diào)用WaitCommEvent阻塞線程，等待EV_RXCHAR事件的發(fā)生。當?shù)?/p>

待的EV_RXCHAR事件發(fā)生時，調(diào)用ClearCommError函數(shù)清除通信錯誤信息，并且獲取串口的當前狀態(tài)，主要是獲取串口接收緩沖區(qū)中的字節(jié)數(shù)，然后調(diào)用ReadFile函數(shù)將接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)全部讀出。最后調(diào)用PostMessage函數(shù)將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給主線程進行處理。

這里存在一個問題：讀串口數(shù)據(jù)操作是在讀串口線程中進行的，而處理數(shù)據(jù)操作是在主線程中進行的，如果上次接收的數(shù)據(jù)還沒處理完，下次的數(shù)據(jù)又發(fā)送給了主線程處理，勢必造成混亂。這個問題的解決，涉及到線程間的同步機制。

2.6線程間的同步

在Windows CE中采用同步對象的方法來協(xié)調(diào)多線程的執(zhí)行。一個線程監(jiān)視一個同步對象，當用信號通知該對象時，解除正在阻塞的線程并調(diào)度該線程。同步對象包括事件和互斥體兩種方式。本文只介紹事件方式。

事件對象是一種有兩種信號狀態(tài)有信號和無信號的同步對象，創(chuàng)建的事件對象可以被不同的線程共享。Windows CE常用等待函數(shù)阻塞線程自身的執(zhí)行，等待其監(jiān)視的對象產(chǎn)生一定的信號才停止阻塞，繼續(xù)線程的執(zhí)行。常用的等待函數(shù)有監(jiān)視單個同步對象的 WaitForSingleObject，和監(jiān)視多個同步對象的WaitForMultipleObjects。在Windows CE串口通信中，用CreateEvent函數(shù)創(chuàng)建事件時，手動設(shè)置為有信號狀態(tài)，以便程序在第一次能夠順利地進入到WaitCommEvent函數(shù)處等待串口數(shù)據(jù)的到來，等到程序讀取了串口的數(shù)據(jù)并發(fā)送給主線程處理后，調(diào)用ResetEvent函數(shù)將事件狀態(tài)設(shè)置成無信號狀態(tài)，線程就阻塞在 WaitForSingleObject函數(shù)處，一直等到主線程把接收到的數(shù)據(jù)處理完后，再將事件狀態(tài)用SetEvent函數(shù)設(shè)置成有信號狀態(tài)，釋放 WaitForSingleObject函數(shù)對線程的阻塞，重新進入WaitCommEvent函數(shù)處等待串口數(shù)據(jù)的到來。循環(huán)接收、處理串口數(shù)據(jù)的流程如圖1所示。

3完整的串行通信程序

頭文件定義： 

4結(jié)語

為了實現(xiàn)Windows CE下PC與單片機的串行通信，本串口通信程序采用自定義的通信協(xié)議，在運行Windows 2000的PC機上，用Embedded Visual C++4.0編寫，在PC機上編譯、調(diào)試成功后，下載到運行Windows CE.NET 4.2的工控機上運行，實現(xiàn)了和單片機的正確通信，獲得了很好的效果。本程序也能夠應用于其他類似的測控應用場合。?

參考文獻?
［1］傅曦，齊宇.嵌入式系統(tǒng)Windows CE開發(fā)技巧與實例［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2003
［2］田東風.Windows CE應用程序設(shè)計［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003
［3］［美］Douglas Boling.Microsoft Windows CE程序設(shè)計［M］.北京博彥科技發(fā)展有限公司譯.北京：北京大學出版社，1999
［4］［美］Chris Muench. Windows CE權(quán)威指南［M］.精英科技譯.北京：中國電力出版社，2001.