Windows CE.NET 4.2下PC与单片机的串行通信

作者姓名: 周成朋,徐亚娟,殷小贡
作者单位: 武汉大学 电气工程学院


  摘 要:Windows CE.NET 4.2是面向移动计算和嵌入式应用的嵌入式操作系统,特别为有限的硬件资源设计了多线程、多任务和完全优先的操作系统环境,并具有强大通信能力,RS 232串行通信是Windows CE.NET 4.2支持的最基本的通信方式。介绍了在Windows CE.NET 4.2下实现RS 232串口通信的方法和过程,包括如何打开、配置、读写、关闭串口和使用多线程来实现类似的异步串口通信,深入讨论了正确实现通信的几个关键问题。
  关键词:Windows CE;串行通信;多线程;嵌入式操作系统
Serial Communication of PC and Single Chip Computer in Windows CE.NET 4.2
ZHOU Chengpeng, XU Yajuan, YIN Xiaogong
(School of Electrical Engineering, Wuhan University,Wuhan,43007 2,China)
  AbstractWindows CE.NET 4.2 is an operation system for mob ile computing and embedded application It designs a multithread, multitask and full priority operating system environment for limited resources specially, and it enables powerful communicate ability RS 232 serial communication is the mo st basic communication mode supported by Windows CE.NET 4.2. This paper intro duces the method and process of RS 232 serial communication in Windows CE.NET 4.2 including how to open, configure, read, write and close the port, and how to realize asynchronous serial port communication by means of multithread, and dis cusses several key techniques to realize communication rightly
  KeywordsWindows CE;serial communication;multithread; em bedded operating system
  在工业控制中,常需要将单片机采集到的数据传送给PC机处理、显示,并且根据处理结果给单片机发送控制命令。串行通信虽然传送速度相对较慢,但是传送成本低,对实现监视和控制,具有足够的带宽,并且没有过于复杂的编解码,实现自定义的协议也不复杂,因而在工业自动化、通信和军事等领域的应用十分广泛。随着Windows CE嵌入式操作系统在工业控制中的广泛应用,设计和实现Windows CE下PC与单片机的串行通信具有重要的意义。
1Windows CE.NET 4.2简介
  Windows CE 是一个面向移动计算和嵌入式应用的操作系统,其突出优点是模块化、可定制性、完备性、实时性、通信能力强大和基于Win32应用程序编程接口。Windows CE.N ET 4.2是为嵌入式市场重新设计的Windows CE 3.0的后继产品,为快速建立下一代智能移动和小内存占用的设备提供了一个健壮的实时操作系统。他包括创建一个基于定制设备的Wi ndows CE所需的一切。
2Windows CE.NET 4.2下的串行通信技术
  串行端口在Windows CE.NET 4.2(以下简称Windows CE)下属于流接口设备,他是串行设 备接口常规I/O驱动程序的调用与通信相关的具体函数的结合。串行设备被视为用于打开、关闭和读写串行端口的常规的可安装的流设备。Windows CE的串口函数和Windows的串口函数基本相同,但有几点值得注意:
  (1)Windows CE只支持Unicode字符集,在编程时必须特别注意。
  (2) Windows CE不支持重叠的I/O操作。
2.1打开和关闭串行端口
  在所有的流设备驱动程序中,均使用CreateFile来打开串行端口设备,如果这个端口不存在,CreateFile返回ERROR_FILE_NOT_FOUND。因此,用户指定的端口必须是存在并且可用的,而且要遵循Windows CE流接口设备驱动程序的命名规则,即COM后接要打开的端口号再紧跟一个冒号。
  
HANDLE hPort = CreateFile (_T("COM1:"), 
   GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, 0,NULL,
   OPEN_EXISTING,0,NULL);
  关闭串行端口比较简单,调用CloseHandle函数就能关闭一个打开的串行端口。CloseHandle只有一个参数,即调用CreateFile函数打开端口时返回的句柄,方法如下:
  
CloseHandle (hPort);
2.2读写串行端口
  正如使用CreateFile打开串行端口一样,可以使用ReadFile和WriteFile函数来读写串行端 口。假设已经调用CreateFile成功地打开了串行端口,那么只需调用ReadFile即可从串行端口读取数据:
  
  由于Windows CE不支持重叠的I/O操作,所以第5个参数必须设置为NULL。写串行端口也很 简单。调用过程如下:
  
  
如果从主线程读、写大量的串行数据,主线程就会因为等待相对较慢的串行读或串行写操作而阻塞,不能即时处理其他的消息。因此最好用单独的线程来读写串行端口。
2.3配置串行端口
  
读和写串行端口比较简单,但是还需要对端口配置好正确的波特率、字符长度、奇偶校验、传输模式等,端口才能正确通信。可以调用I/O设备控制(IOCTL)来配置串行驱动程序,但此操作需要一些底层的知识,并且要有相应的“嵌入工具包”(ETK),而SDK不能实现该操作。除此之外,还有一种更简单的方法,就是调用GetCommState和SetCommState函数配置串行端口。由于配置端口的DCB结构内容较多,所以使用起来比较麻烦。错误地初始化DCB结构是配置串行端口常见的问题。如果一个串行通信函数没有产生预期的效果,那么错误很可能是在DCB结构体的赋值。在与单片机实现串行通信的时候,由于只用到了RS 232串行口的RXD,TXD和GND三个引脚,而其他的引脚均舍弃不用,所以DCB的成员变量应该如下设置,否则不能正常通信:
    
  
2.4设置超时值
  
对于串行端口来说,还必须配置超时值,否则程序可能陷入到一个等待来自串口字符的死循环。通常,配置超时值和配置串口类似。首先用GetCommTimeouts函数获取当前串口的超时值,然后修改CommTimeouts成员变量的值,最后用SetCommTimeouts设置新的超时值。
2.5异步多线程通信
  虽然Windows CE不支持重叠I/O,但还是可以使用多个线程来实现同样的操作。当主线程正忙时,需要做的就是运行单独的线程来处理同步I/O操作。除了使用用于读和写的单独线程以外,Windows CE还支持Win32的WaitCommEvent函数,该函数将线程阻塞,直到预先设定的串行通信事件中的一个发生。该函数一般和函数SetCommMask配合起来使用,SetCommMask设置WaitCommEvent要等待的串口事件。一般的使用方法是:
  先调用SetCommMask函数设定要等待的串口事件,例如串口有数据到来(EV_RXCHAR)事件;然后在读串口线程中调用WaitCommEvent阻塞线程,等待EV_RXCHAR事件的发生。当等待的EV_RXCHAR事件发生时,调用
ClearCommError函数清除通信错误信息,并且获取串口的当前状态,主要是获取串口接收缓冲区中的字节数,然后调用ReadFile函数将接收缓冲区的数据全部读出。最后调用PostMessage函数将这些数据发送给主线程进行处理。
  
这里存在一个问题:读串口数据操作是在读串口线程中进行的,而处理数据操作是在主线程中进行的,如果上次接收的数据还没处理完,下次的数据又发送给了主线程处理,势必造成混乱。这个问题的解决,涉及到线程间的同步机制。
2.6线程间的同步
  在Windows CE中采用同步对象的方法来协调多线程的执行。一个线程监视一个同步对象,当用信号通知该对象时,解除正在阻塞的线程并调度该线程。同步对象包括事件和互斥体两种方式。本文只介绍事件方式。
  
事件对象是一种有两种信号状态有信号和无信号的同步对象,创建的事件对象可以被不同的线程共享。Windows CE常用等待函数阻塞线程自身的执行,等待其监视的对象产生一定的信号才停止阻塞,继续线程的执行。常用的等待函数有监视单个同步对象的WaitForSingleObject,和监视多个同步对象的WaitForMultipleObjects。在Windows CE串口通信中,用CreateEvent函数创建事件时,手动设置为有信号状态,以便程序在第一次能够顺利地进入到WaitCommEvent函数处等待串口数据的到来,等到程序读取了串口的数据并发送给主线程处理后,调用ResetEvent函数将事件状态设置成无信号状态,线程就阻塞在WaitForSingleObject函数处,一直等到主线程把接收到的数据处理完后,再将事件状态用SetEvent函数设置成有信号状态,释放WaitForSingleObject函数对线程的阻塞,重新进入WaitCommEvent函数处等待串口数据的到来。循环接收、处理串口数据的流程如图1所示。
3完整的串行通信程序
  完整通信程序的部分关键代码如下:
  
头文件定义:  
  
  

4结语
  为了实现Windows CE下PC与单片机的串行通信,本串口通信程序采用自定义的通信协议,在运行Windows 2000的PC机上,用Embedded Visual C++4.0编写,在PC机上编译、调试成功后,下载到运行Windows CE.NET 4.2的工控机上运行,实现了和单片机的正确通信,获得了很好的效果。本程序也能够应用于其他类似的测控应用场合。
参考文献
[1]傅曦,齐宇.嵌入式系统Windows CE开发技巧与实例[M].北京:化学工业出版社,2003
[2]田东风.Windows CE应用程序设计[M].北京:机械工业出版社,2003
[3][美]Douglas Boling.Microsoft Windows CE程序设计[M].北京博彦科技发展有限公司译.北京:北京大学出版社,1999
[4][美]Chris Muench. Windows CE权威指南[M].精英科技译.北京:中国电力出版社,2001.

出处:空  


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