Windows串口编程的IOCTL和函数

在Windows系统中，串口编程是一项常见的任务，尤其是在需要与硬件设备进行通信的应用程序中。串口编程涉及到一系列的IOCTL（Input-Output Control）操作和函数调用，这些操作和函数提供了对串口进行配置、读写数据以及错误处理的能力。本文将详细介绍Windows串口编程中的IOCTL和相关函数，以及如何使用它们来实现串口通信。

1. 串口编程概述
   串口编程通常包括以下步骤：打开串口、配置串口、读写串口数据以及关闭串口。在Windows中，串口被视为一种特殊的文件，因此可以使用文件I/O函数来进行操作。此外，Windows还提供了专门的API函数来控制串口。

2. 打开串口
   打开串口是串口编程的第一步。在Windows中，可以使用CreateFile函数来打开串口。这个函数的原型如下：
   HANDLE CreateFile(
   LPCWSTR lpFileName,
   DWORD dwDesiredAccess,
   DWORD dwShareMode,
   LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes,
   DWORD dwCreationDisposition,
   DWORD dwFlagsAndAttributes,
   HANDLE hTemplateFile
   );
   在调用CreateFile时，lpFileName参数通常设置为串口的名称，如L"COM1"。dwDesiredAccess参数指定了对串口的访问类型，通常为GENERIC_READ | GENERIC_WRITE。dwShareMode参数通常设置为0，表示独占访问。dwCreationDisposition参数通常设置为OPEN_EXISTING，表示打开现有的串口。dwFlagsAndAttributes参数可以设置为FILE_ATTRIBUTE_NORMAL，表示串口是同步的；如果设置为FILE_FLAG_OVERLAPPED，则表示串口是异步的。

3. 配置串口
   配置串口涉及到设置波特率、数据位、停止位、奇偶校验等参数。这些参数可以通过GetCommState和SetCommState函数来获取和设置。GetCommState函数的原型如下：
   BOOL GetCommState(
   HANDLE hFile,
   LPDCB lpDCB
   );
   SetCommState函数的原型如下：
   BOOL SetCommState(
   HANDLE hFile,
   LPDCB lpDCB
   );
   在调用这些函数之前，需要填充一个DCB结构体，该结构体包含了串口的配置参数。例如，可以设置波特率为9600，数据位为8位，停止位为1位，无奇偶校验：
   DCB dcb;
   dcb.DCBlength = sizeof(dcb);
   GetCommState(hComm, &dcb);
   dcb.BaudRate = CBR_9600;
   dcb.ByteSize = 8;
   dcb.StopBits = ONESTOPBIT;
   dcb.Parity = NOPARITY;
   SetCommState(hComm, &dcb);

4. 读写串口
   读写串口可以使用ReadFile和WriteFile函数。这两个函数的原型如下：
   BOOL ReadFile(
   HANDLE hFile,
   LPVOID lpBuffer,
   DWORD nNumberOfBytesToRead,
   LPDWORD lpNumberOfBytesRead,
   LPOVERLAPPED lpOverlapped
   );

BOOL WriteFile(
HANDLE hFile,
LPCVOID lpBuffer,
DWORD nNumberOfBytesToWrite,
LPDWORD lpNumberOfBytesWritten,
LPOVERLAPPED lpOverlapped
);
在同步模式下，ReadFile和WriteFile函数会阻塞调用线程，直到指定的字节数被读取或写入。在异步模式下，这些函数会立即返回，实际的读写操作会在后台进行。

5. IOCTL操作
   IOCTL操作是Windows提供的一种机制，用于对设备进行更细致的控制。在串口编程中，常用的IOCTL操作包括：

IOCTL_SERIAL_GET_DTRRTS：获取串口的DTR和RTS状态。
IOCTL_SERIAL_SET_DTR：设置串口的DTR信号。
IOCTL_SERIAL_CLR_DTR：清除串口的DTR信号。
IOCTL_SERIAL_SET_RTS：设置串口的RTS信号。
IOCTL_SERIAL_CLR_RTS：清除串口的RTS信号。
IOCTL_SERIAL_GET_CONFIG：获取串口的配置。
IOCTL_SERIAL_SET_CONFIG：设置串口的配置。
IOCTL_SERIAL_SET_BREAK_ON：在串口上发送BREAK信号。
IOCTL_SERIAL_SET_BREAK_OFF：停止发送BREAK信号。
IOCTL_SERIAL_SET_WAIT_MASK：设置等待面具。
IOCTL_SERIAL_WAIT_ON_MASK：等待指定的事件。
IOCTL_SERIAL_SET_CHAR：设置特定的字符。
IOCTL_SERIAL_GET_CHAR：获取特定的字符。
IOCTL_SERIAL_SET_TIMEOUTS：设置超时参数。
IOCTL_SERIAL_GET_TIMEOUTS：获取超时参数。
IOCTL_SERIAL_GET_PROPERTIES：获取串口的属性。
IOCTL_SERIAL_GET_MODEMSTATUS：获取调制解调器的状态。
IOCTL_SERIAL_GET_COMMSTATUS：获取通信状态。
IOCTL_SERIAL_XOFF_COUNTER：获取XOFF计数器的值。
IOCTL_SERIAL_LSRMST_INSERT：在数据流中插入LSR/MST信号。
IOCTL_SERIAL_LSRMST_ESCAPE：使用EscapeCommFunction函数处理LSR/MST信号。
这些IOCTL操作可以通过DeviceIoControl函数来执行，该函数的原型如下：
BOOL DeviceIoControl(
HANDLE hDevice,
DWORD dwIoControlCode,
LPVOID lpInBuffer,
DWORD nInBufferSize,
LPVOID lpOutBuffer,
DWORD nOutBufferSize,
LPDWORD lpBytesReturned,
LPOVERLAPPED lpOverlapped
);
在调用DeviceIoControl时，dwIoControlCode参数指定了要执行的IOCTL操作，lpInBuffer和lpOutBuffer参数指向输入和输出数据缓冲区，nInBufferSize和nOutBufferSize参数指定了这些缓冲区的大小。

6. 异步I/O操作
   在进行异步I/O操作时，可以使用GetOverlappedResult函数来获取操作的结果。这个函数的原型如下：
   BOOL GetOverlappedResult(
   HANDLE hFile,
   LPOVERLAPPED lpOverlapped,
   LPDWORD lpNumberOfBytesTransferred,
   BOOL bWait
   );
   如果bWait参数为TRUE，则GetOverlappedResult函数会等待操作完成。如果bWait为FALSE，则函数会立即返回，如果操作尚未完成，则返回FALSE，并且GetLastError函数返回ERROR_IO_INCOMPLETE。

7. 超时设置
   串口操作的超时可以通过GetCommTimeouts和SetCommTimeouts函数来获取和设置。这两个函数的原型如下：
   BOOL GetCommTimeouts(
   HANDLE hFile,
   LPCOMMTIMEOUTS lpCommTimeouts
   );

BOOL SetCommTimeouts(
HANDLE hFile,
LPCOMMTIMEOUTs lpCommTimeouts
);
在调用这些函数之前，需要填充一个COMMTIMEOUTS结构体，该结构体包含了超时参数。

8. 通信状态和错误处理
   可以使用ClearCommError函数来清除串口的错误状态，并获取最近的误差信息。这个函数的原型如下：
   BOOL ClearCommError(
   HANDLE hFile,
   LPDWORD lpErrors,
   LPCOMSTAT lpStat
   );
   lpErrors参数指向一个变量，该变量接收误差代码，lpStat参数指向一个COMSTAT结构体，该结构体接收通信状态。

9. 通信事件
   可以使用SetCommMask和WaitCommEvent函数来设置和等待通信事件。SetCommMask函数的原型如下：
   BOOL SetCommMask(
   HANDLE hFile,
   DWORD dwEvtMask
   );
   dwEvtMask参数指定了要监视的事件类型。WaitCommEvent函数的原型如下：
   BOOL WaitCommEvent(
   HANDLE hFile,
   LPDWORD lpEvtMask,
   LPOVERLAPPED lpOverlapped
   );
   在调用WaitCommEvent时，如果操作完成，函数会返回TRUE，并通过lpEvtMask参数返回发生的事件类型。