Windows 序列埠通訊 API 完整指南：從 CreateFile 到非同步 I/O 實戰

序列埠通訊在 Windows 下的標準化實現路徑

DOS 時代透過中斷直接控制 UART，Windows 硬體抽象層 (HAL) 禁止應用程式直接操作中斷/埠口。所有序列埠操作必須透過 Win32 API，核心思想：序列埠即檔案，統一使用 CreateFile/ReadFile/WriteFile 檔案 I/O 模型，搭配 DCB (Device Control Block) 設定參數，實現跨硬體平台的可移植通訊。

核心 API 分類速查表

關鍵步驟：開啟與設定序列埠

// 1. 開啟 COM1，支援重疊 (非同步) I/O
HANDLE hComm = CreateFile(
    "COM1",                    // 埠口名稱
    GENERIC_READ | GENERIC_WRITE,
    0,                         // 不共享
    NULL,                      // 安全屬性
    OPEN_EXISTING,             // 必須存在
    FILE_FLAG_OVERLAPPED,      // 關鍵：啟用非同步
    NULL                       // 模板檔案
);

// 2. 設定 DCB 參數
DCB dcb = {0};
dcb.DCBlength = sizeof(DCB);
GetCommState(hComm, &dcb);     // 先取得預設值
dcb.BaudRate = CBR_115200;
dcb.ByteSize = 8;
dcb.Parity = NOPARITY;
dcb.StopBits = ONESTOPBIT;
dcb.fDtrControl = DTR_CONTROL_ENABLE;
dcb.fRtsControl = RTS_CONTROL_ENABLE;
SetCommState(hComm, &dcb);

// 3. 設定逾時 (關鍵！避免讀取卡死)
COMMTIMEOUTS timeouts = {0};
timeouts.ReadIntervalTimeout = 50;        // 字元間最大間隔
timeouts.ReadTotalTimeoutConstant = 500;  // 總計常數
timeouts.ReadTotalTimeoutMultiplier = 10; // 乘數
timeouts.WriteTotalTimeoutConstant = 500;
timeouts.WriteTotalTimeoutMultiplier = 10;
SetCommTimeouts(hComm, &timeouts);

非同步讀寫模式 (生產環境標準)

使用 OVERLAPPED 結構 + 事件物件：

// 讀取範例
OVERLAPPED osReader = {0};
osReader.hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);
DWORD dwRead;
BOOL fWaitingOnRead = FALSE;

if (!ReadFile(hComm, buffer, BUFSIZE, &dwRead, &osReader)) {
    if (GetLastError() == ERROR_IO_PENDING) {
        fWaitingOnRead = TRUE;
        // 可在此處做其他事，或 WaitForSingleObject(osReader.hEvent, INFINITE)
    }
}
// 後續 GetOverlappedResult 取得實際讀取位元組數

事件驅動架構範例

// 設定監視字元接收事件
SetCommMask(hComm, EV_RXCHAR);

// 工作執行緒迴圈
DWORD dwEvtMask;
while (running) {
    if (WaitCommEvent(hComm, &dwEvtMask, NULL)) {
        if (dwEvtMask & EV_RXCHAR) {
            // 有資料到達，呼叫 ReadFile 讀取
        }
    }
}

常見坑與最佳實踐

1. 逾時設定：預設逾時常為 0 (無限等待)，必須呼叫 SetCommTimeouts 設定合理值
2. 緩衝區清理：開啟後、關閉前呼叫 PurgeComm(hComm, PURGE_TXCLEAR | PURGE_RXCLEAR)
3. 錯誤恢復：ClearCommError 可清除 CE_FRAME、CE_OVERRUN、CE_RXPARITY 等硬體錯誤
4. 流控制：硬體 (RTS/CTS) 或軟體 (XON/XOFF) 需在 DCB 正確設定 fOutxCtsFlow、fInX 等旗標
5. 埠口名稱：COM10 以上必須用 \\\\.\\COM10 格式
6. 資源釋放：嚴格配對 CreateFile/CloseHandle、CreateEvent/CloseHandle

現代替代方案

• Windows 10+ Windows.Devices.SerialCommunication (WinRT API，UWP/WinUI 3 優先)
• 跨平台庫：libserialport、Boost.Asio (serial_port)、QtSerialPort

掌握 Win32 序列埠 API 是理解 Windows I/O 子系統、裝置驅動互動的絕佳切入點。