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USB HID 設備類協議入門

作者: 時間:2016-12-12 來源:網絡 收藏
一、應用場合

  USB HID類是比較大的一個類,HID類設備屬于人機交互操作的設備。用于控制計算機操作的一些方面,如USB鼠標,USB鍵盤,USB游戲操縱桿,USB觸摸板,USB軌跡球、電話撥號設備、VCR遙控等等設備。另外,使用HID設備的一個好處就是,操作系統自帶了HID類的驅動程序,而用戶無需去開發很麻煩的驅動程序,只要直接使用API調用即可完成通信。所以很多簡單的USB設備,喜歡枚舉成HID設備,這樣就可以不用安裝驅動而直接使用。

本文引用地址:http://cqxgywz.com/article/201612/329068.htm

二、USB HID類可采用的通信管道

  所有的HID設備通過USB的控制管道(默認管道,即端點0)和中斷管道與主機通信。

表1、USB HID規范定義的HID設備可用端點
管道要求說明
控制(端點0)必須傳輸USB描述符、類請求代碼以及供查詢的消息數據等
中斷輸入必須傳輸從設備到主機的輸入數據
中斷輸出可選傳輸從主機到設備的輸出數據

  控制管道主要用于以下3個方面:

  • 接收/響應USB主機的控制請示及相關的類數據
  • 在USB主機查詢時傳輸數據(如響應Get_Report請求等)
  • 接收USB主機的數據

  中斷管道主要用于以下兩個方面:

  • USB主機接收USB設備的異步傳輸數據
  • USB主機發送有實時性要求的數據給USB設備

  從USB主機到USB設備的中斷輸出數據傳輸是可選的,當不支持中斷輸出數據傳輸時,USB主機通過控制管道將數據傳輸給USB設備。

三、與USB HID設備有關的描述符

  HID設備的描述符除了5個USB的標準描述符(設備描述符、配置描述符、接口描述符、端點描述符、字符串描述符,見百合電子工作室的另一篇文章:USB開發基礎--USB命令(請求)和USB描述符)外,還包括3個HID設備類特定描述符:HID描述符、報告描述符、實體描述符。

  除了HID的三個特定描述符組成對HID設備的解釋外,5個標準描述符中與HID設備有關的部分有:

  • 設備描述符中bDeviceClass、bDeviceSubClass和bDeviceProtocol三個字段的值必須為零。
  • 接口描述符中bInterfaceClass的值必須為0x03,bInterfaceSubClass的值為0或1,為1表示HID設備符是一個啟動設備(Boot Device,一般對PC機而言才有意義,意思是BIOS啟動時能識別并使用您的HID設備,且只有標準鼠標或鍵盤類設備才能成為Boot Device。如果為0則只有在操作系統啟動后才能識別并使用您的HID設備),bInterfaceProtocol的取值含義如下表所示: 

表2、HID接口描述符中bInterfaceProtocol的含義
bInterfaceProtocol的取值(十進制)含義
0NONE
1鍵盤
2鼠標
3~255保留

下面分別對這3個HID設備類特定描述符進行說明。

1、HID描述符

  HID描述符關聯于接口描述符,因而如果一個設備只有一個接口描述符,則無論它有幾個端點描述符,HID設備只有一個HID描述符。HID設備描述符主要描述HID規范的版本號、HID通信所使用的額外描述符、報表描述符的長度等。表2所示為HID描述符的結構:

表3、USB HID類描述符的結構
偏移量大小描述
0bLength1數字此描述符的長度(以字節為單位)
1bDescriptorType1常量描述符種類(此處為0x21即HID類描述符)
2bcdHID2數字HID規范版本號(BCD碼),采用4個16進制的BCD格式編碼,如版本1.0的BCD碼為0x0100,版本為1.1的BCD碼為0x0110
4bCountryCode1數字硬件目的國家的識別碼(BCD碼)(見表3)
5bNumDescritors1數字支持的附屬描述符數目
6bDescriptorType1常量HID相關描述符的類型,取值見表5
7wDescriptorLength2數字報告描述符總長度
9bDescriptorType1常量用于識別描述符類型的常量,使用在有一個以上描述符的設備
10wDescriptorLength2數字描述符總長度,使用在有一個以上描述符的設備

表4、HID硬件目的國家識別碼
識別碼(十進制)國家和地區識別碼(十進制)國家和地區
00不支持18Netherlands/Dutch
01Arabic19Norwegian
02Belgian20Persian (Farsi)
03Canadian-Bilingual21Poland
04Canadian-French22Portuguese
05Czech Republic23Russia
06Danish24Slovakia
07Finnish25Spanish
08French26Swedish
09German27Swiss/French
10Greek28Swiss/German
11Hebrew29Switzerland
12Hungary30Taiwan
13International (ISO)31Turkish-Q
14Italian32UK
15Japan (Katakana)33US
16Korean34Yugoslavia
17Latin American35Turkish-F
36~255Reserved

表5、HID相關描述符類型定義
描述符類型值HID相關描述符類型
0x21HID描述符
0x22報表描述符
0x23實體描述符

2、報告描述符

  HID設備的報告描述符比較復雜也比較難理解。

  報告描述符的語法不同于USB標準描述符,它是以項目(items)方式排列而成,無一定的長度。HID的報告描述符已經不是簡簡單單的描述某個值對應某個固定意義了,它已經能夠組合出很多種情況,并且需要PC上的HID驅動程序提供parser解釋器來對描述的設備情形進行重新解釋,進而組合生成出本HID硬件設備獨特的數據流格式,所以我覺得可以把它理解為“報告描述符腳本語言”更為貼切。我們使用“報告描述符”專用腳本語言,讓用戶來自己定義他們的HID設備都有什么數據、以及這些數據各個位(bit)都有什么意義。

  有關報告描述符的詳細信息可參考USB HID協議,USB協會提供了一個HID描述符編輯工具稱作HID Descriptor Tool,用它可方便生成我們的報告描述符。

3、實體描述符

  實體描述符被用來描述設備的行為特性。實體描述符是可選的描述符,HID設備可以根據其本體的設備特性選擇是否包含實體描述符。表5所示為HID的實體描述符結構。

表6、HID實體描述符的結構
偏移量大小 說明
0bDesignator1用來指定本體的哪一部分影響項目(含義見表6)
1bFlags1位指定標志
位0~4:Effort
位5~7:Qualifier(含義見表7)

表7、bDesignator取值含義表
bDesignator取值含義bDesignator取值含義
0x000x15小指
0x010x16
0x02眼球0x17
0x030x18腰骨
0x04眼皮0x19
0x050x1A大腿
0x060x1B膝蓋
0x070x1C小腿
0x08上唇0x1D
0x09下唇0x1E
0x0A0x1F腳跟
0x0B0x20拇指
0x0C上臂0x21大拇指
0x0D手肘0x22第二指
0x0E前臂0x23第三指
0x0F手腕0x24第四指
0x10手掌0x25小拇指
0x11拇指0x26
0x12食指0x27
0x13中指0x28~0xFF保留
0x14無名指

表8、Qualifier取值含義
Qualifier取值含義Qualifier取值含義
0x000x04其中之一
0x010x05中間
0x020x06保留
0x03兩者同時0x07保留

四、USB HID類命令(請求)

  HID設備類特定的命令(請求)有6個,它們分別是Get_Report、Get_Idle、Get_Protocol、Set_Report、Set_Idle和Set_Protocol。

  HID類請求(命令)數據包格式如表8所示:

表9、HID類請求(命令)包格式
偏移量大小說明
0bmRequestType1

HID設備類請求特性如下:
位7:
0=從USB HOST到USB設備
1=從USB設備到USB HOST
位6~5:
01=請求類型為設備類請求
位4~0:
0001=請求對象為接口(interface)

因而,針對HID的設備類請求,僅僅10100001和00100001有效

1bRequest1HID類請求(參考表9)
2wValue2高字節說明描述符的類型(參考表5),而低字節為非0值時被用來選定實體描述符。
4wIndex22字節數值,根據不同的bRequest有不同的意義
6wLength2該請求的數據段長度

表10、HID類請求
數值HID類請求描述符注釋
0x01GET_REPORT
0x02GET_IDLE
0x03GET_PROTOCOL僅僅適應于支持啟動功能的HID設備(Boot Device)
0x09SET_REPORT
0x0ASET_IDLE
0x0BSET_PROTOCOL僅僅適應于支持啟動功能的HID設備(Boot Device)

  USB主機在請求HID設備的配置描述符時,設備首先返回的描述符為:配置描述符、接口描述符、HID描述符、端點描述符。HID描述符里包含了其附屬的描述的類型和長度(如報告描述符),然后主機再根據HID描述符的信息請求其相關的描述符。



關鍵詞: USBHID設備類協

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