基于HID協(xié)議的USB人機(jī)交互設(shè)備的接口設(shè)計(jì)

目前市場(chǎng)上USB設(shè)備的種類繁多，但是這些設(shè)備會(huì)有一些共同的特性，根據(jù)這些特性可以把USB設(shè)備劃分為不同的類，如顯示設(shè)備、通信設(shè)備、音頻設(shè)備、大容量存儲(chǔ)設(shè)備、人機(jī)接口設(shè)備(HID)。這里介紹如何實(shí)現(xiàn)HID類設(shè)備，以及如何在應(yīng)用程序中對(duì)HID類設(shè)備進(jìn)行訪問。從Windows98操作系統(tǒng)開始，為HID類設(shè)備提供了通用的驅(qū)動(dòng)程序，所以只要按照HID設(shè)備類的規(guī)范編寫設(shè)備的固件程序，就能夠讓W(xué)indows系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別設(shè)備，省去了復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)程序編寫過程。

　　1 HID協(xié)議簡介

　　人機(jī)接口設(shè)備(HID)主要是指一些人與計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互的設(shè)備，如鍵盤、鼠標(biāo)、游戲桿等;但是HID設(shè)備不一定非要是這些人機(jī)交互設(shè)備，只要符合HID設(shè)備級(jí)定義規(guī)范要求的都可以認(rèn)為是HID設(shè)備。HID設(shè)備有以下主要特點(diǎn)：

　　① 交換的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在報(bào)告的結(jié)構(gòu)內(nèi)，設(shè)備必須支持HID報(bào)告格式。

　?、?每筆事務(wù)可以攜帶小量或中量的數(shù)據(jù)。低速設(shè)備每筆事務(wù)最大為8字節(jié)，全速設(shè)備每筆最大為64字節(jié)，高速設(shè)備最大為1 024字節(jié);

　?、?有最大傳輸速度的限制。低速設(shè)備最快10ms一筆事務(wù)，最高速度為800 B/s;全速設(shè)備最快1 ms一筆事務(wù)，最高速度為64 KB/s;高速設(shè)備最快125 μs一筆事務(wù)，最高速度為24.576 MB/s。

　?、?沒有傳輸速度的保證。

　　當(dāng)插入USB設(shè)備后，主機(jī)會(huì)向設(shè)備請(qǐng)求各種描述符來識(shí)別設(shè)備。為了把一個(gè)設(shè)備識(shí)別為HID類別，設(shè)備在定義描述符的時(shí)候必須遵守HID規(guī)范。圖1顯示了HID各種描述符之間的關(guān)系。事實(shí)上，每個(gè)設(shè)備可以有多個(gè)接口描述符來實(shí)現(xiàn)多接口設(shè)備，而且每個(gè)接口描述符下應(yīng)該有多個(gè)端點(diǎn)描述符。

圖1 HID各種描述符之間的關(guān)系

　　從圖1中可以看出，除了USB標(biāo)準(zhǔn)定義的一些描述符外，HID設(shè)備還必須定義HID描述符。另外設(shè)備和主機(jī)的通信是通過報(bào)告的形式來實(shí)現(xiàn)的，所以還必須定義報(bào)告描述符;而物理描述符不是必需的。還有就是HID描述符是關(guān)聯(lián)于接口(而不是端點(diǎn))的，所以設(shè)備不需要為每個(gè)端點(diǎn)都提供一個(gè)HID描述符。

　　USB設(shè)備有4種傳輸方式與主機(jī)進(jìn)行通信： 控制方式、中斷方式、批量方式和同步方式。每種方式都有它的應(yīng)用領(lǐng)域。HID只支持控制和中斷傳輸方式。如圖2所示，HID設(shè)備必須要有默認(rèn)的控制管道和一個(gè)中斷輸入端點(diǎn);中斷輸出端點(diǎn)是可選的。

圖2 HID類設(shè)備使用控制和中斷傳輸方式

　　中斷輸出傳輸是USB1.1規(guī)范才有的內(nèi)容，且必須獲得Windows系統(tǒng)的支持。從Windows98 SE版本開始才支持中斷輸出傳輸方式，所以如果需要中斷輸出傳輸方式的設(shè)備應(yīng)該選擇相應(yīng)的操作系統(tǒng)。表1列出了傳輸類型和相關(guān)情況。

表1 HID類設(shè)備支持的傳輸方式傳輸