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软件技术 卷积内核 发表于 2005-5-19 10:05:14
为了使读者更好地掌握本章的概念，这里举一个具体实例来说明问题。如图12.1所示，例子程序名为Terminal，是一个简单的TTY终端仿真程序。读者可以用该程序打开一个串行口，该程序会把用户的键盘输入发送给串行口，并把从串口接收到的字符显示在视图中。用户通过选择File->Connect命令来打开串行口，选择File->Disconnect命令则关闭串行口。
500)this.width=500" border=0>
图12.1 Terminal终端仿真程序
当用户选择File->Settings...命令时，会弹出一个Communication settings对话框，如图12.2所示。该对话框主要用来设置串行口，包括端口、波特率、每字节位数、校验、停止位数和流控制。
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图12.2 Communication settings对话框
通过该对话框也可以设置TTY终端仿真的属性，如果选择New Line（自动换行），那么每当从串口读到回车符(‘\r’)时，视图中的正文就会换行，否则，只有在读到换行符(‘\n’)时才会换行。如果选择Local echo（本地回显），那么发送的字符会在视图中显示出来。
终端仿真程序的特点是数据的传输没有规律。因为键盘输入速度有限，所以发送的数据量较小，但接收的数据源是不确定的，所以有可能会有大量数据高速涌入的情况发生。根据Terminal的这些特性，我们在程序中创建了一个辅助工作者线程专门来监视串行口的输入。由于写入串行口的数据量不大，不会太费时，所以在主线程中完成写端口的任务是可以的，不必另外创建线程。
现在就让我们开始工作。请读者按下面几步进行：
用AppWizard建立一个名为Terminal的MFC应用程序。在MFC AppWizard对话框的第1步选择Single document，在第4步去掉Docking toolbar的选择，在第6步把CTerminalView的基类改为CEditView。
在Terminal工程的资源视图中打开IDR_MAINFRAME菜单资源。去掉Edit菜单和View菜单，并去掉File菜单中除Exit以外的所有菜单项。然后在File菜单中加入三个菜单项，如表12.5所示。
表12.5 新菜单项
标题
ID
Settings...
ID_FILE_SETTINGS
Connect
ID_FILE_CONNECT
Disconnect
ID_FILE_DISCONNECT
用ClassWizard为CTerminalDoc类创建三个与上表菜单消息对应的命令处理函数，使用缺省的函数名。为ID_FILE_CONNECT和ID_FILE_DISCONNECT命令创建命令更新处理函数。另外，用ClassWizard为该类加入CanCloseFrame成员函数。
用ClassWizard为CTerminalView类创建OnChar函数，该函数用来把用户键入的字符向串行口输出。
新建一个对话框模板资源，令其ID为IDD_COMSETTINGS。请按图12.2和表12.6设计对话框模板。
表12.6 通信设置对话框中的主要控件
控件
ID
属性设置
Base options组框
缺省
标题为Base options
Port组合框
IDC_PORT
Drop List，不选Sort，初始列表为COM1、COM2、COM3、COM4
Baud rate组合框
IDC_BAUD
Drop List，不选Sort，初始列表为300、600、1200、2400、9600、14400、19200、38400、57600
Data bits组合框
IDC_DATABITS
Drop List，不选Sort，初列表为5、6、7、8
Parity组合框
IDC_PARITY
Drop List，不选Sort，初列表为None、Even、Odd
Stop bits组合框
IDC_STOPBITS
Drop List，不选Sort，初列表为1、1.5、2
Flow control组框
缺省
标题为Flow control
None单选按钮
IDC_FLOWCTRL
标题为None，选择Group属性
RTS/CTS单选按钮
缺省
标题为RTS/CTS
XON/XOFF单选按钮
缺省
标题为XON/XOFF
TTY options组框
缺省
标题为TTY options
New line检查框
IDC_NEWLINE
标题为New line
Local echo检查框
IDC_ECHO
标题为Local echo
打开ClassWizard，为IDD_COMSETTINGS模板创建一个名为CSetupDlg的对话框类。为该类加入OnInitDialog成员函数，并按表12.7加入数据成员。
表12.7 CSetupDlg类的数据成员
控件ID
变量名
数据类型
IDC_BAND
m_sBaud
CString
IDC_DATABITS
m_sDataBits
CString
IDC_ECHO
m_bEcho
BOOL
IDC_FLOWCTRL
m_nFlowCtrl
int
IDC_NEWLINE
m_bNewLine
BOOL
IDC_PARITY
m_nParity
int
IDC_PORT
m_sPort
CString
IDC_STOPBITS
m_nStopBits
int
按清单12.6、12.7和12.8修改程序。清单12.6列出了CTerminalDoc类的部分代码，清单12.7是CTerminalView的部分代码，清单12.8是CSetupDlg类的部分代码。在本例中使用了WM_COMMNOTIFY消息。虽然在Win32中，WM_COMMNOTIFY消息已经取消，系统自己不会产生该消息，但Visual C++对该消息的定义依然保留。考虑到使用习惯，Terminal程序辅助线程通过发送该消息来通知视图有通信事件发生。
清单12.6 CTerminalDoc类的部分代码
// TerminalDoc.h : interface of the CTerminalDoc class
//
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
#define MAXBLOCK 2048
#define XON 0x11
#define XOFF 0x13
UINT CommProc(LPVOID pParam);
class CTerminalDoc : public CDocument
{
protected: // create from serialization only
CTerminalDoc();
DECLARE_DYNCREATE(CTerminalDoc)
// Attributes
public:
CWinThread* m_pThread; // 代表辅助线程
volatile BOOL m_bConnected;
volatile HWND m_hTermWnd;
volatile HANDLE m_hPostMsgEvent; // 用于WM_COMMNOTIFY消息的事件对象
OVERLAPPED m_osRead, m_osWrite; // 用于重叠读/写
volatile HANDLE m_hCom; // 串行口句柄
int m_nBaud;
int m_nDataBits;
BOOL m_bEcho;
int m_nFlowCtrl;
BOOL m_bNewLine;
int m_nParity;
CString m_sPort;
int m_nStopBits;
// Operations
public:
BOOL ConfigConnection();
BOOL OpenConnection();
void CloseConnection();
DWORD ReadComm(char *buf,DWORD dwLength);
DWORD WriteComm(char *buf,DWORD dwLength);
// Overrides
. . .
};
/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// TerminalDoc.cpp : implementation of the CTerminalDoc class
//
#include "SetupDlg.h"
CTerminalDoc::CTerminalDoc()
{
// TODO: add one-time construction code here
m_bConnected=FALSE;
m_pThread=NULL;
m_nBaud = 9600;
m_nDataBits = 8;
m_bEcho = FALSE;
m_nFlowCtrl = 0;
m_bNewLine = FALSE;
m_nParity = 0;
m_sPort = "COM2";
m_nStopBits = 0;
}
CTerminalDoc::~CTerminalDoc()
{
if(m_bConnected)
CloseConnection();
// 删除事件句柄
if(m_hPostMsgEvent)
CloseHandle(m_hPostMsgEvent);
if(m_osRead.hEvent)
CloseHandle(m_osRead.hEvent);
if(m_osWrite.hEvent)
CloseHandle(m_osWrite.hEvent);
}
BOOL CTerminalDoc::OnNewDocument()
{
if (!CDocument::OnNewDocument())
return FALSE;
((CEditView*)m_viewList.GetHead())->SetWindowText(NULL);
// TODO: add reinitialization code here
// (SDI documents will reuse this document)
// 为WM_COMMNOTIFY消息创建事件对象，手工重置，初始化为有信号的
if((m_hPostMsgEvent=CreateEvent(NULL, TRUE, TRUE, NULL))==NULL)
return FALSE;
memset(&m_osRead, 0, sizeof(OVERLAPPED));
memset(&m_osWrite, 0, sizeof(OVERLAPPED));
// 为重叠读创建事件对象，手工重置，初始化为无信号的
if((m_osRead.hEvent=CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL))==NULL)
return FALSE;
// 为重叠写创建事件对象，手工重置，初始化为无信号的
if((m_osWrite.hEvent=CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL))==NULL)
return FALSE;
return TRUE;
}
void CTerminalDoc::OnFileConnect()
{
// TODO: Add your command handler code here
if(!OpenConnection())
AfxMessageBox("Can't open connection");
}
void CTerminalDoc::OnFileDisconnect()
{
// TODO: Add your command handler code here
CloseConnection();
}
void CTerminalDoc::OnUpdateFileConnect(CCmdUI* pCmdUI)
{
// TODO: Add your command update UI handler code here
pCmdUI->Enable(!m_bConnected);
}
void CTerminalDoc::OnUpdateFileDisconnect(CCmdUI* pCmdUI)
{
// TODO: Add your command update UI handler code here
pCmdUI->Enable(m_bConnected);
}
// 打开并配置串行口，建立工作者线程
BOOL CTerminalDoc::OpenConnection()
{
COMMTIMEOUTS TimeOuts;
POSITION firstViewPos;
CView *pView;
firstViewPos=GetFirstViewPosition();
pView=GetNextView(firstViewPos);
m_hTermWnd=pView->GetSafeHwnd();
if(m_bConnected)
return FALSE;
m_hCom=CreateFile(m_sPort, GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL,
OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL | FILE_FLAG_OVERLAPPED,
NULL); // 重叠方式
if(m_hCom==INVALID_HANDLE_VALUE)
return FALSE;
SetupComm(m_hCom,MAXBLOCK,MAXBLOCK);
SetCommMask(m_hCom, EV_RXCHAR);
// 把间隔超时设为最大，把总超时设为0将导致ReadFile立即返回并完成操作
TimeOuts.ReadIntervalTimeout=MAXDWORD;
TimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier=0;
TimeOuts.ReadTotalTimeoutConstant=0;
/* 设置写超时以指定WriteComm成员函数中的
GetOverlappedResult函数的等待时间*/
TimeOuts.WriteTotalTimeoutMultiplier=50;
TimeOuts.WriteTotalTimeoutConstant=2000;
SetCommTimeouts(m_hCom, &TimeOuts);
if(ConfigConnection())
{
m_pThread=AfxBeginThread(CommProc, this, THREAD_PRIORITY_NORMAL,
0, CREATE_SUSPENDED, NULL); // 创建并挂起线程
if(m_pThread==NULL)
{
CloseHandle(m_hCom);
return FALSE;
}
else
{
m_bConnected=TRUE;
m_pThread->ResumeThread(); // 恢复线程运行
}
}
else
{
CloseHandle(m_hCom);
return FALSE;
}
return TRUE;
}
// 结束工作者线程，关闭串行口
void CTerminalDoc::CloseConnection()
{
if(!m_bConnected) return;
m_bConnected=FALSE;
//结束CommProc线程中WaitSingleObject函数的等待
SetEvent(m_hPostMsgEvent);
//结束CommProc线程中WaitCommEvent的等待
SetCommMask(m_hCom, 0);
//等待辅助线程终止
WaitForSingleObject(m_pThread->m_hThread, INFINITE);
m_pThread=NULL;
CloseHandle(m_hCom);
}
// 让用户设置串行口
void CTerminalDoc::OnFileSettings()
{
// TODO: Add your command handler code here
CSetupDlg dlg;
CString str;
dlg.m_bConnected=m_bConnected;
dlg.m_sPort=m_sPort;
str.Format("%d",m_nBaud);
dlg.m_sBaud=str;
str.Format("%d",m_nDataBits);
dlg.m_sDataBits=str;
dlg.m_nParity=m_nParity;
dlg.m_nStopBits=m_nStopBits;
dlg.m_nFlowCtrl=m_nFlowCtrl;
dlg.m_bEcho=m_bEcho;
dlg.m_bNewLine=m_bNewLine;
if(dlg.DoModal()==IDOK)
{
m_sPort=dlg.m_sPort;
m_nBaud=atoi(dlg.m_sBaud);
m_nDataBits=atoi(dlg.m_sDataBits);
m_nParity=dlg.m_nParity;
m_nStopBits=dlg.m_nStopBits;
m_nFlowCtrl=dlg.m_nFlowCtrl;
m_bEcho=dlg.m_bEcho;
m_bNewLine=dlg.m_bNewLine;
if(m_bConnected)
if(!ConfigConnection())
AfxMessageBox("Can't realize the settings!");
}
}
// 配置串行口
BOOL CTerminalDoc::ConfigConnection()
{
DCB dcb;
if(!GetCommState(m_hCom, &dcb))
return FALSE;
dcb.fBinary=TRUE;
dcb.BaudRate=m_nBaud; // 波特率
dcb.ByteSize=m_nDataBits; // 每字节位数
dcb.fParity=TRUE;
switch(m_nParity) // 校验设置
{
case 0: dcb.Parity=NOPARITY;
break;
case 1: dcb.Parity=EVENPARITY;
break;
case 2: dcb.Parity=ODDPARITY;
break;
default:;
}
switch(m_nStopBits) // 停止位
{
case 0: dcb.StopBits=ONESTOPBIT;
break;
case 1: dcb.StopBits=ONE5STOPBITS;
break;
case 2: dcb.StopBits=TWOSTOPBITS;
break;
default:;
}
// 硬件流控制设置
dcb.fOutxCtsFlow=m_nFlowCtrl==1;
dcb.fRtsControl=m_nFlowCtrl==1?
RTS_CONTROL_HANDSHAKE:RTS_CONTROL_ENABLE;
// XON/XOFF流控制设置
dcb.fInX=dcb.fOutX=m_nFlowCtrl==2;
dcb.XonChar=XON;
dcb.XoffChar=XOFF;
dcb.XonLim=50;
dcb.XoffLim=50;
return SetCommState(m_hCom, &dcb);
}
// 从串行口输入缓冲区中读入指定数量的字符
DWORD CTerminalDoc::ReadComm(char *buf,DWORD dwLength)
{
DWORD length=0;
COMSTAT ComStat;
DWORD dwErrorFlags;
ClearCommError(m_hCom,&dwErrorFlags,&ComStat);
length=min(dwLength, ComStat.cbInQue);
ReadFile(m_hCom,buf,length,&length,&m_osRead);
return length;
}
// 将指定数量的字符从串行口输出
DWORD CTerminalDoc::WriteComm(char *buf,DWORD dwLength)
{
BOOL fState;
DWORD length=dwLength;
COMSTAT ComStat;
DWORD dwErrorFlags;
ClearCommError(m_hCom,&dwErrorFlags,&ComStat);
fState=WriteFile(m_hCom,buf,length,&length,&m_osWrite);
if(!fState){
if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING)
{
GetOverlappedResult(m_hCom,&m_osWrite,&length,TRUE);// 等待
}
else
length=0;
}
return length;
}
// 工作者线程，负责监视串行口
UINT CommProc(LPVOID pParam)
{
OVERLAPPED os;
DWORD dwMask, dwTrans;
COMSTAT ComStat;
DWORD dwErrorFlags;
CTerminalDoc *pDoc=(CTerminalDoc*)pParam;
memset(&os, 0, sizeof(OVERLAPPED));
os.hEvent=CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);
if(os.hEvent==NULL)
{
AfxMessageBox("Can't create event object!");
return (UINT)-1;
}
while(pDoc->m_bConnected)
{
ClearCommError(pDoc->m_hCom,&dwErrorFlags,&ComStat);
if(ComStat.cbInQue)
{
// 无限等待WM_COMMNOTIFY消息被处理完
WaitForSingleObject(pDoc->m_hPostMsgEvent, INFINITE);
ResetEvent(pDoc->m_hPostMsgEvent);
// 通知视图
PostMessage(pDoc->m_hTermWnd, WM_COMMNOTIFY, EV_RXCHAR, 0);
continue;
}
dwMask=0;
if(!WaitCommEvent(pDoc->m_hCom, &dwMask, &os)) // 重叠操作
{
if(GetLastError()==ERROR_IO_PENDING)
// 无限等待重叠操作结果
GetOverlappedResult(pDoc->m_hCom, &os, &dwTrans, TRUE);
else
{
CloseHandle(os.hEvent);
return (UINT)-1;
}
}
}
CloseHandle(os.hEvent);
return 0;
}
BOOL CTerminalDoc::CanCloseFrame(CFrameWnd* pFrame)
{
// TODO: Add your specialized code here and/or call the base class
SetModifiedFlag(FALSE); // 将文档的修改标志设置成未修改
return CDocument::CanCloseFrame(pFrame);
}
毫无疑问，CTerminalDoc类是研究重点。该类负责Terminal的通信任务，主要包括设置通信参数、打开和关闭串行口、建立和终止辅助工作线程、用辅助线程监视串行口等等。
在CTerminalDoc类的头文件中，有些变量是用volatile关键字声明的。当两个线程都要用到某一个变量且该变量的值会被改变时，应该用volatile声明，该关键字的作用是防止优化编译器把变量从内存装入CPU寄存器中。如果变量被装入寄存器，那么两个线程有可能一个使用内存中的变量，一个使用寄存器中的变量，这会造成程序的错误执行。
成员m_bConnected用来表明当前是否存在一个通信连接。m_hTermWnd用来保存是视图的窗口句柄。m_hPostMsgEvent事件对象用于WM_COMMNOTIFY消息的允许和禁止。m_pThread用来指向AfxBeginThread创建的CWinThread对象，以便对线程进行控制。OVERLAPPED结构m_osRead和m_osWrite用于串行口的重叠读/写，程序应该为它们的hEvent成员创建事件句柄。
CTerminalDoc类的构造函数主要完成一些通信参数的初始化工作。OnNewDocument成员函数创建了三个事件对象，CTerminalDoc的析构函数关闭串行口并删除事件对象句柄。
OnFileSettings是File->Settings...的命令处理函数，该函数弹出一个CSetupDlg对话框来设置通信参数。实际的设置工作由ConfigConnection函数完成，在OpenConnection和OnFileSettings中都会调用该函数。
OpenConnection负责打开串行口并建立辅助工作线程，当用户选择了File->Connect命令时，消息处理函数OnFileConnect将调用该函数。该函数调用CreateFile以重叠方式打开指定的串行口并把返回的句柄保存在m_hCom成员中。接着，函数对m_hCom通信设备进行各种设置。需要注意的是对超时的设定，将读间隔超时设置为MAXDWORD并使其它读超时参数为0会导致ReadFile函数立即完成操作并返回，而不管读入了多少字符。设置超时就规定了GetOverlappedResult函数的等待时间，因此有必要将写超时设置成适当的值，这样如果不能完成写串口的任务，GetOverlappedResult函数会在超过规定超时后结束等待并报告实际传输的字符数。
如果对m_hCom设置成功，则函数会建立一个辅助线程并暂时将其挂起。在最后，调用CWinThread:: ResumeThread使线程开始运行。
OpenConnection调用成功后，线程函数CommProc就开始工作。该函数的主体是一个while循环，在该循环内，混合了两种方法监视串行口输入的方法。先是调用ClearCommError函数查询输入缓冲区中是否有字符，如果有，就向视图发送WM_COMMNOTIFY消息通知其接收字符。如果没有，则调用WaitCommEvent函数监视EV_RXCHAR通信事件，该函数执行重叠操作，紧接着调用的GetOverlappedResult函数无限等待通信事件，如果EV_RXCHAR事件发生（串口收到字符并放入输入缓冲区中），那么函数就结束等待。
上述两种方法的混合使用兼顾了线程的效率和可靠性。如果只用ClearCommError函数，则辅助线程将不断耗费CPU时间来查询，效率较低。如果只用WaitCommEvent来监视，那么由于该函数对输入缓冲区中已有的字符不会产生EV_RXCHAR事件，因此在通信速率较高时，会造成数据的延误和丢失。
注意到辅助线程用m_PostMsgEvent
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2005/5/20 17:23:00
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