Синхронный режим обработки прост в реализации. Если надо записать данные в порт, то вызываем функцию записи и ожидаем, пока она не завершится. Если же надо читать данные, то вызываем функцию чтения и ждем, пока она не отработает. Для простых задач синхронный режим обработки вполне подходит, однако в мире Windows он почти всегда обречен на неудачу. Ожидание операции чтения или записи воспринимается пользователем программы как «зависание».
Асинхронный режим (когда параметр dwFlagsAndAttributes = FILE_FLAG_OVERLAPPED) позволяет производить операции чтения и записи в порт параллельно из разных потоков. В то время, пока один поток приложения принимает данные, другой поток может параллельно с первым передавать данные — как при разговоре по телефону, когда вы можете слушать и говорить одновременно. Данный режим обработки больше импонирует идее многозадачности Windows. Но за все надо платить: для реализации этого режима обработки требуется в два раза больше написанного кода, вдобавок, умения писать многопоточные программы. Какой режим выбрать — решайте сами. Но если уж разбираться в работе порта, то разбираться «по-взрослому», до конца, а потому и рассмотрим более сложный вариант — асинхронную обработку.
На практике открытие порта для асинхронного режима обработки из программы на Delphi выглядит примерно так:
OPEN_EXISTING, FILE_FLAG_OVERLAPPED, 0);
if hPort = INVALID_HANDLE_VALUE then
raise Exception.Create('Error opening port');
Функция возвращает описатель порта (hPort), который нам потом пригодится для вызова других функций работы с портом. Если в результате открытия порта описатель не получен, то возбуждается исключение с соответствующим текстом ошибки. Открыв порт, мы получаем его в свое распоряжение. Теперь с этим портом может работать только наша программа (точнее, только наш процесс). По окончании работы с портом его следует закрыть, вызвав функцию:
BOOL CloseHandle(
HANDLE hObject
);
В качестве единственного параметра надо передать полученный ранее описатель порта (hPort).
Хоть система при завершении выполнения программы и освобождает все выделенные ей ресурсы (в том числе и порты), хорошим тоном программирования считается собственноручное закрытие портов. Открывать/закрывать порт как будто несложно. Кроме того, нам потребуется программная настройка порта. Думаю, все видели диалог настройки последовательного порта в диспетчере устройств системы. Все эти настройки мы можем произвести программно. Для этих целей используется функция WinAPI:
BOOL SetCommState(
HANDLE hFile,
LPDCB lpDCB
);
hFile — описатель открытого порта.
lpDCB — указатель на структуру DCB.
Основные параметры последовательного порта описываются структурой DCB. Она содержит массу полей, каждое из которых соответствует определенному параметру настройки порта. Мы рассмотрим несколько полей, которые нам нужны:
BaudRate — скорость передачи данных. Возможно указание констант —CBR_100, CBR_300, CBR_600, CBR_1200, …, CBR_256000.
Parity — схема контроля четности. Может содержать одно из следующих значений: EVENPARITY, MARKPARITY, NOPARITY, ODDPARITY, SPACEPARITY.
ByteSize — число информационных бит в передаваемых и принимаемых байтах.
StopBits — количество стоповых бит. Может быть ONESTOPBIT, ONE5STOPBIT, TWOSTOPBIT.
Чтобы не заполнять структуру DCB вручную, ее можно заполнить информацией о текущем состоянии порта вызовом функции GetCommState(), затем изменить необходимые поля и установить настройки вызовом функции SetCommState(). Настройку порта желательно производить сразу после его открытия. На Delphi это выглядит так:
var
Dcb: TDcb;
…
if not GetCommState(hPort, Dcb) then
raise Exception.Create('Error setting port state');
Dcb.BaudRate := CBR_9600;
Dcb.Parity := NOPARITY;
Dcb.ByteSize := 8;
Dcb.StopBits := ONESTOPBIT;
if not SetCommState(hPort, Dcb) then
raise Exception.Create('Error setting port state');
Еще одна операция, которая нам понадобится сразу после открытия порта — его сброс.
BOOL PurgeComm(
HANDLE hFile,
DWORD dwFlags
);
Вызов этой функции очищает очередь приема/передачи и завершает все находящиеся в ожидании запросы ввода/вывода.
hFile — описатель открытого порта.
dwFlags — производимые действия в виде набора флагов PURGE_TXABORT, PURGE_RXABORT, PURGE_TXCLEAR, PURGE_RXCLEAR.
Пример на Delphi:
if not PurgeComm(hPort, PURGE_TXCLEAR or PURGE_RXCLEAR) then
raise Exception.Create('Error purging port');
На этом подготовительная фаза заканчивается, и можно приступать непосредственно к приему/передаче данных. Прием данных у нас будет происходить по событийной схеме; программа будет ожидать прием одного или нескольких символов (байт). Для перевода порта в этот режим необходимо вызвать функцию SetCommMask() с флагом EV_RXCHAR:
if not SetCommMask(hPort, EV_RXCHAR) then
raise Exception.Create('Error setting port mask');
Прием и передача данных выполняется функциями ReadFile() и WriteFile(), то есть теми же самыми функциями, которые используются для работы с дисковыми файлами. Вот их описание:
BOOL ReadFile(
HANDLE hFile,
LPVOID lpBuffer,
DWORD nNumberOfBytesToRead,
LPDWORD lpNumberOfBytesRead,
LPOVERLAPPED lpOverlapped
);
BOOL WriteFile(
HANDLE hFile,
LPCVOID lpBuffer,
DWORD nNumberOfBytesToWrite,
LPDWORD lpNumberOfBytesWritten,
LPOVERLAPPED lpOverlapped
);
hFile — описатель открытого порта.
lpBuffer — адрес буфера.
nNumberOfBytesToRead/nNumberOfBytesToWrite — число ожидаемых к приему или предназначенных для передачи байт.
lpNumberOfBytesRead/lpNumberOfBytesWritten — число фактически принятых или переданных байт.
lpOverlapped — адрес структуры OVERLAPPED, используемой для асинхронных операций.
Передача данных является довольно быстрой операцией, поэтому как правило ее выполняют из главного потока приложения. На Delphi это выглядит так:
var
dwWrite: DWORD;
OverWrite: TOverlapped;
WriteBytes: array of Byte;
…
begin
OverWrite.hEvent := CreateEvent(nil, True, False, nil);
if OverWrite.hEvent = Null then
raise Exception.Create('Error creating write event');
…
if (not WriteFile(hPort, WriteBytes, SizeOf(WriteBytes),
dwWrite, @OverWrite))
and (GetLastError <> ERROR_IO_PENDING) then
raise Exception.Create('Error writing port');
end;
В данном примере функция WriteFile() выполняет асинхронную запись массива байтов WriteBytes в порт. Она сразу возвращает управление, и запись в порт происходит параллельно с выполнением основного кода потока. Если результат WriteFile() равен False, то это значит, что на момент возврата управления передача массива байтов еще не закончилась. Поэтому код ошибки выполнения WriteFile() в данном случае должен быть равен ERROR_IO_PENDING. Переменная OverWrite — overlapped-структура, необходимая для асинхронных операций.
В принципе, вас не должно волновать, когда закончится передача массива байтов. Зато момент приема одного или нескольких символов действительно важен. Поэтому его можно разбить на две части: инициирование приема и определение момента приема с последующим чтением символов. Поскольку при этом приходится считаться с фактором ожидания приема символа, рекомендуется функции приема данных вынести в отдельный поток. Передавать данные можно и из основного потока приложения, поскольку это происходит довольно быстро. А вот событие приема символа будем ожидать в отдельном потоке.
Рассмотрение работы с потоками в Windows, в частности того, как это реализовано в Delphi, выходит за рамки данной статьи. Предполагаю, что читатель встречался или по крайней мере знаком с этим. Скажу лишь, что у любого потока есть главная функция, которая начинает выполняться после его создания. В Delphi для потоков существует класс TThread, а его главная процедура называется TThread.Execute().
Вот так выглядит главная процедура отдельного потока, которая ожидает появление одного или нескольких символов и считывает их:
procedure TReadThread.Execute;
var
ComStat: TComStat;
dwMask, dwError: DWORD;
OverRead: TOverlapped;
Buf: array[0..$FF] of Byte;
dwRead: DWORD;
begin
OverRead.hEvent := CreateEvent(nil, True, False, nil);
if OverRead.hEvent = Null then
raise Exception.Create('Error creating read event');
FreeOnTerminate := True;
while not Terminated do
begin
if not WaitCommEvent(hPort, dwMask, @OverRead) then
begin
if GetLastError = ERROR_IO_PENDING then
WaitForSingleObject(OverRead.hEvent, INFINITE)
else
raise Exception.Create('Error waiting port event');
end;
if not ClearCommError(hPort, dwError, @ComStat) then
raise Exception.Create('Error clearing port');
dwRead := ComStat.cbInQue;
if dwRead > 0 then
begin
if not ReadFile(hPort, Buf, dwRead, dwRead, @OverRead) then
raise Exception.Create('Error reading port');
// В Buf находятся прочитанные байты
// Далее идет обработка принятых байтов
end;
end; {while}
end;
В приведенном примере в потоке крутится цикл, тем самым инициируется ожидание события порта вызовом функции WaitCommEvent(), ожидание же самого этого события задается функцией WaitForSingleObject(). Для определения количества принятых символов используется функция ClearCommError(). Когда количество принятых символов (dwRead) известно, непосредственное чтение символов выполняется функцией ReadFile().
Используя вышеописанные выкладки, я написал на Borland Delphi 7 класс TComPort для работы с COM-портами. К классу прилагается пример приложения, использующий его. Для проверки работоспособности программы я просто соединил нуль-модемным кабелем два COM-порта на своем компьютере и запустил два экземпляра программы для каждого порта. Данные передаются через один порт и одновременно принимаются через другой.
Для передачи и приема данных предусмотрены отдельные окна. Формат передаваемых данных — строка. Принимаемые данные представляются в виде массива байт.