USB HID 設備類協(xié)議入門
加入技術(shù)交流群
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(tǒng)自帶了HID類的驅(qū)動程序，而用戶無需去開發(fā)很麻煩的驅(qū)動程序，只要直接使用API調(diào)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(qū)動而直接使用。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.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(guī)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(shù)據(jù)等 |
| 中斷輸入 | 必須 | 傳輸從設備到主機的輸入數(shù)據(jù) |
| 中斷輸出 | 可選 | 傳輸從主機到設備的輸出數(shù)據(jù) |
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(guān)的類數(shù)據(jù)
- 在USB主機查詢時傳輸數(shù)據(jù)（如響應Get_Report請求等）
- 接收USB主機的數(shù)據(jù)
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(shù)據(jù)
- USB主機發(fā)送有實時性要求的數(shù)據(jù)給USB設備
從USB主機到USB設備的中斷輸出數(shù)據(jù)傳輸是可選的，當不支持中斷輸出數(shù)據(jù)傳輸時，USB主機通過控制管道將數(shù)據(jù)傳輸給USB設備。
三、與USB HID設備有關(guān)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(fā)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(guān)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(tǒng)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 |
| 0 | NONE |
| 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(guān)聯(lián)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(guī)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(jié)構(gòu)：
| 表3、USB HID類描述符的結(jié)構(gòu) | ||||
| 偏移量 | 域 | 大小 | 值 | 描述 |
| 0 | bLength | 1 | 數(shù)字 | 此描述符的長度（以字節(jié)為單位） |
| 1 | bDescriptorType | 1 | 常量 | 描述符種類（此處為0x21即HID類描述符） |
| 2 | bcdHID | 2 | 數(shù)字 | HID規(guī)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 |
| 4 | bCountryCode | 1 | 數(shù)字 | 硬件目的國家的識別碼（BCD碼）（見表3） |
| 5 | bNumDescritors | 1 | 數(shù)字 | 支持的附屬描述符數(shù)目 |
| 6 | bDescriptorType | 1 | 常量 | HID相關(guān)描述符的類型，取值見表5 |
| 7 | wDescriptorLength | 2 | 數(shù)字 | 報告描述符總長度 |
| 9 | bDescriptorType | 1 | 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 |
| 10 | wDescriptorLength | 2 | 數(shù)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(qū) | 識別碼（十進制） | 國家和地區(qū) | |
| 00 | 不支持 | 18 | Netherlands/Dutch | |
| 01 | Arabic | 19 | Norwegian | |
| 02 | Belgian | 20 | Persian (Farsi) | |
| 03 | Canadian-Bilingual | 21 | Poland | |
| 04 | Canadian-French | 22 | Portuguese | |
| 05 | Czech Republic | 23 | Russia | |
| 06 | Danish | 24 | Slovakia | |
| 07 | Finnish | 25 | Spanish | |
| 08 | French | 26 | Swedish | |
| 09 | German | 27 | Swiss/French | |
| 10 | Greek | 28 | Swiss/German | |
| 11 | Hebrew | 29 | Switzerland | |
| 12 | Hungary | 30 | Taiwan | |
| 13 | International (ISO) | 31 | Turkish-Q | |
| 14 | Italian | 32 | UK | |
| 15 | Japan (Katakana) | 33 | US | |
| 16 | Korean | 34 | Yugoslavia | |
| 17 | Latin American | 35 | Turkish-F | |
| 36~255 | Reserved | |||
| 表5、HID相關(guān)描述符類型定義 | |
| 描述符類型值 | HID相關(guān)描述符類型 |
| 0x21 | HID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(jīng)不是簡簡單單的描述某個值對應某個固定意義了，它已經(jīng)能夠組合出很多種情況，并且需要PC上的HID驅(qū)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)、以及這些數(shù)據(jù)各個位（bit）都有什么意義。
有關(guān)報告描述符的詳細信息可參考USB HID協(xié)議，USB協(xié)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(jù)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(jié)構(gòu)。
| 表6、HID實體描述符的結(jié)構(gòu) | |||
| 偏移量 | 域 | 大小 | 說明 |
| 0 | bDesignator | 1 | 用來指定本體的哪一部分影響項目（含義見表6） |
| 1 | bFlags | 1 | 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 | |
| 0x00 | 無 | 0x15 | 小指 | |
| 0x01 | 手 | 0x16 | 頭 | |
| 0x02 | 眼球 | 0x17 | 肩 | |
| 0x03 | 眉 | 0x18 | 腰骨 | |
| 0x04 | 眼皮 | 0x19 | 腰 | |
| 0x05 | 耳 | 0x1A | 大腿 | |
| 0x06 | 鼻 | 0x1B | 膝蓋 | |
| 0x07 | 嘴 | 0x1C | 小腿 | |
| 0x08 | 上唇 | 0x1D | 足 | |
| 0x09 | 下唇 | 0x1E | 腳 | |
| 0x0A | 顎 | 0x1F | 腳跟 | |
| 0x0B | 頸 | 0x20 | 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 | 眉 | |
| 0x12 | 食指 | 0x27 | 臉 | |
| 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 | |
| 0x00 | 無 | 0x04 | 其中之一 | |
| 0x01 | 右 | 0x05 | 中間 | |
| 0x02 | 左 | 0x06 | 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(shù)據(jù)包格式如表8所示：
| 表9、HID類請求（命令）包格式 | |||
| 偏移量 | 域 | 大小 | 說明 |
| 0 | bmRequestType | 1 | HID設備類請求特性如下： 因而，針對HID的設備類請求，僅僅10100001和00100001有效 |
| 1 | bRequest | 1 | HID類請求（參考表9） |
| 2 | wValue | 2 | 高字節(jié)說明描述符的類型（參考表5），而低字節(jié)為非0值時被用來選定實體描述符。 |
| 4 | wIndex | 2 | 2字節(jié)數(shù)值，根據(jù)不同的bRequest有不同的意義 |
| 6 | wLength | 2 | 該請求的數(shù)據(jù)段長度 |
| 表10、HID類請求 | ||
| 數(shù)值 | HID類請求描述符 | 注釋 |
| 0x01 | GET_REPORT | |
| 0x02 | GET_IDLE | |
| 0x03 | GET_PROTOCOL | 僅僅適應于支持啟動功能的HID設備（Boot Device） |
| 0x09 | SET_REPORT | |
| 0x0A | SET_IDLE | |
| 0x0B | SET_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(jù)HID描述符的信息請求其相關(guān)的描述符。
評論