一、应用场合
USB HID类是比较大的一个类,HID类设备属于人机交互操作的设备。用于控制计算机操作的一些方面,如USB鼠标,USB键盘,USB游戏操纵杆,USB触摸板,USB轨迹球、电话拨号设备、VCR遥控等等设备。另外,使用HID设备的一个好处就是,操作系统自带了HID类的驱动程序,而用户无需去开发很麻烦的驱动程序,只要直接使用API调用即可完成通信。所以很多简单的USB设备,喜欢枚举成HID设备,这样就可以不用安装驱动而直接使用。
二、USB HID类可采用的通信管道
所有的HID设备通过USB的控制管道(默认管道,即端点0)和中断管道与主机通信。
表1、USB HID规范定义的HID设备可用端点 |
||
管道 |
要求 |
说明 |
控制(端点0) |
必须 |
传输USB描述符、类请求代码以及供查询的消息数据等 |
中断输入 |
必须 |
传输从设备到主机的输入数据 |
中断输出 |
可选 |
传输从主机到设备的输出数据 |
控制管道主要用于以下3个方面:
- 接收/响应USB主机的控制请示及相关的类数据
- 在USB主机查询时传输数据(如响应Get_Report请求等)
-
接收USB主机的数据
中断管道主要用于以下两个方面:
- USB主机接收USB设备的异步传输数据
-
USB主机发送有实时性要求的数据给USB设备
从USB主机到USB设备的中断输出数据传输是可选的,当不支持中断输出数据传输时,USB主机通过控制管道将数据传输给USB设备。
三、与USB HID设备有关的描述符
HID设备的描述符除了5个USB的标准描述符(设备描述符、配置描述符、接口描述符、端点描述符、字符串描述符,见百合电子工作室的另一篇文章:USB开发基础--USB命令(请求)和USB描述符)外,还包括3个HID设备类特定描述符:HID描述符、报告描述符、实体描述符。
除了HID的三个特定描述符组成对HID设备的解释外,5个标准描述符中与HID设备有关的部分有:
-
设备描述符中bDeviceClass、bDeviceSubClass和bDeviceProtocol三个字段的值必须为零。
-
接口描述符中bInterfaceClass的值必须为0x03,bInterfaceSubClass的值为0或1,为1表示HID设备符是一个启动设备(Boot Device,一般对PC机而言才有意义,意思是BIOS启动时能识别并使用您的HID设备,且只有标准鼠标或键盘类设备才能成为Boot Device。如果为0则只有在操作系统启动后才能识别并使用您的HID设备),bInterfaceProtocol的取值含义如下表所示:
表2、HID接口描述符中bInterfaceProtocol的含义 |
|
bInterfaceProtocol的取值(十进制) |
含义 |
0 |
NONE |
1 |
键盘 |
2 |
鼠标 |
3~255 |
保留 |
下面分别对这3个HID设备类特定描述符进行说明。
1、HID描述符
HID描述符关联于接口描述符,因而如果一个设备只有一个接口描述符,则无论它有几个端点描述符,HID设备只有一个HID描述符。HID设备描述符主要描述HID规范的版本号、HID通信所使用的额外描述符、报表描述符的长度等。表2所示为HID描述符的结构:
表3、USB HID类描述符的结构 |
||||
偏移量 |
域 |
大小 |
值 |
描述 |
0 |
bLength |
1 |
数字 |
此描述符的长度(以字节为单位) |
1 |
bDescriptorType |
1 |
常量 |
描述符种类(此处为0x21即HID类描述符) |
2 |
bcdHID |
2 |
数字 |
HID规范版本号(BCD码),采用4个16进制的BCD格式编码,如版本1.0的BCD码为0x0100,版本为1.1的BCD码为0x0110 |
4 |
bCountryCode |
1 |
数字 |
硬件目的国家的识别码(BCD码)(见表3) |
5 |
bNumDescritors |
1 |
数字 |
支持的附属描述符数目 |
6 |
bDescriptorType |
1 |
常量 |
HID相关描述符的类型,取值见表5 |
7 |
wDescriptorLength |
2 |
数字 |
报告描述符总长度 |
9 |
bDescriptorType |
1 |
常量 |
用于识别描述符类型的常量,使用在有一个以上描述符的设备 |
10 |
wDescriptorLength |
2 |
数字 |
描述符总长度,使用在有一个以上描述符的设备 |
表4、HID硬件目的国家识别码 |
||||
识别码(十进制) |
国家和地区 |
|
识别码(十进制) |
国家和地区 |
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相关描述符类型定义 |
|
描述符类型值 |
HID相关描述符类型 |
0x21 |
HID描述符 |
0x22 |
报表描述符 |
0x23 |
实体描述符 |
2、报告描述符
HID设备的报告描述符比较复杂也比较难理解。
报告描述符的语法不同于USB标准描述符,它是以项目(items)方式排列而成,无一定的长度。HID的报告描述符已经不是简简单单的描述某个值对应某个固定意义了,它已经能够组合出很多种情况,并且需要PC上的HID驱动程序提供parser解释器来对描述的设备情形进行重新解释,进而组合生成出本HID硬件设备独特的数据流格式,所以我觉得可以把它理解为”报告描述符脚本语言”更为贴切。我们使用”报告描述符”专用脚本语言,让用户来自己定义他们的HID设备都有什么数据、以及这些数据各个位(bit)都有什么意义。
有关报告描述符的详细信息可参考USB HID协议,USB 协会提供了一个HID 描述符编辑工具称作HID Descriptor Tool,用它可方便生成我们的报告描述符。
3、实体描述符
实体描述符被用来描述设备的行为特性。实体描述符是可选的描述符,HID设备可以根据其本体的设备特性选择是否包含实体描述符。表5所示为HID的实体描述符结构。
表6、HID实体描述符的结构 |
||||
偏移量 |
域 |
大小 |
说明 |
|
0 |
bDesignator |
1 |
用来指定本体的哪一部分影响项目(含义见表6) |
|
1 |
bFlags |
1 |
位指定标志 位0~4:Effort 位5~7:Qualifier(含义见表7) |
|
表7、bDesignator取值含义表 |
||||
bDesignator取值 |
含义 |
|
bDesignator取值 |
含义 |
0x00 |
无 |
0x15 |
小指 |
|
0x01 |
手 |
0x16 |
头 |
|
0x02 |
眼球 |
0x17 |
肩 |
|
0x03 |
眉 |
0x18 |
腰骨 |
|
0x04 |
眼皮 |
0x19 |
腰 |
|
0x05 |
耳 |
0x1A |
大腿 |
|
0x06 |
鼻 |
0x1B |
膝盖 |
|
0x07 |
嘴 |
0x1C |
小腿 |
|
0x08 |
上唇 |
0x1D |
足 |
|
0x09 |
下唇 |
0x1E |
脚 |
|
0x0A |
颚 |
0x1F |
脚跟 |
|
0x0B |
颈 |
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 |
脸 |
|
0x13 |
中指 |
0x28~0xFF |
保留 |
|
0x14 |
无名指 |
|
|
表8、Qualifier取值含义 |
||||
Qualifier取值 |
含义 |
|
Qualifier取值 |
含义 |
0x00 |
无 |
0x04 |
其中之一 |
|
0x01 |
右 |
0x05 |
中间 |
|
0x02 |
左 |
0x06 |
保留 |
|
0x03 |
两者同时 |
0x07 |
保留 |
四、USB HID类命令(请求)
HID设备类特定的命令(请求)有6个,它们分别是Get_Report、Get_Idle、Get_Protocol、Set_Report、Set_Idle和Set_Protocol。
HID类请求(命令)数据包格式如表8所示:
表9、HID类请求(命令)包格式 |
||||
偏移量 |
域 |
大小 |
说明 |
|
0 |
bmRequestType |
1 |
HID设备类请求特性如下: 位7: 0=从USB HOST到USB设备 1=从USB设备到USB HOST 位6~5: 01=请求类型为设备类请求 位4~0: 0001=请求对象为接口(interface) 因而,针对HID的设备类请求,仅仅10100001和00100001有效 |
|
1 |
bRequest |
1 |
HID类请求(参考表9) |
|
2 |
wValue |
2 |
高字节说明描述符的类型(参考表5),而低字节为非0值时被用来选定实体描述符。 |
|
4 |
wIndex |
2 |
2字节数值,根据不同的bRequest有不同的意义 |
|
6 |
wLength |
2 |
该请求的数据段长度 |
|
表10、HID类请求 |
||||
数值 |
HID类请求描述符 |
注释 |
||
0x01 |
GET_REPORT |
|
||
0x02 |
GET_IDLE |
|
||
0x03 |
GET_PROTOCOL |
仅仅适应于支持启动功能的HID设备(Boot Device) |
||
0x09 |
SET_REPORT |
|
||
0x0A |
SET_IDLE |
|
||
0x0B |
SET_PROTOCOL |
仅仅适应于支持启动功能的HID设备(Boot Device) |
USB主机在请求HID设备的配置描述符时,设备首先返回的描述符为:配置描述符、接口描述符、HID描述符、端点描述符。HID描述符里包含了其附属的描述的类型和长度(如报告描述符),然后主机再根据HID描述符的信息请求其相关的描述符。
温馨提示:
百合电子工作室有一个关于USB开发方面的开源项目-Easy USB 51 Programer,整个开发过程写得非常详细,不防参考一下,您还可以进入她的论坛参与此项目的讨论。
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