USB HID简介,开发USB设备必备
2016-03-10 15:45
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HID是一种USB通信协议,无需安装驱动就能进行交互,这给手持摇杆手柄类的游戏开发提供了便利。顺便说一下,手持摇杆类游戏也支持安卓手机和苹果手机哦。
在学习HID之前,先来复习一下USB协议的相关内容。
USB设备描述符-概述
当插入USB设备后,主机会向设备请求各种描述符来识别设备。那什么是设备描述符呢?
Descriptor即描述符,是一个完整的数据结构,可以通过C语言等编程实现,并存储在USB设备中,用于描述一个USB设备的所有属性,USB主机是通过一系列命令来要求设备发送这些信息的。
描述符的作用就是通过命令操作作来给主机传递信息,从而让主机知道设备具有什么功能、属于哪一类设备、要占用多少带宽、使用哪类传输方式及数据量的大小,只有主机确定了这些信息之后,设备才能真正开始工作。
USB有那些标准描述符?
USB有5种标准描述符:设备描述符 、配置描述符、字符描述符、接口描述符、端点描述符 。
描述符之间有一定的关系,一个设备只有一个设备描述符,而一个设备描述符可以包含多个配置描述符,而一个配置描述符可以包含多个接口描述符,一个接口使用了几个端点,就有几个端点描述符。由此我们可以看出,USB的描述符之间的关系是一层一层的,最上一层是设备描述符,下面是配置描述符,再下面是接口描述符,再下面是端点描述符。在获取描述符时,先获取设备描述符,然后再获取配置描述符,根据配置描述符中的配置集合长度,一次将配置描述符、接口描述符、端点描述符一起一次读回。其中可能还会有获取设备序列号,厂商字符串,产品字符串等。
设备描述符
struct _DEVICE_DEscriptOR_STRUCT
{
BYTE bLength; //设备描述符的字节数大小
BYTE bDescriptorType; //描述符类型编号,为0x01
WORD bcdUSB; //USB版本号
BYTE bDeviceClass; //USB分配的设备类代码,0x01~0xfe为标准设备类,0xff为厂商自定义类型,0x00不是在设备描述符中定义的,如HID
BYTE bDeviceSubClass; //usb分配的子类代码,同上,值由USB规定和分配的,HID设备此值为0
BYTE bDeviceProtocl; //USB分配的设备协议代码,同上HID设备此值为0
BYTE bMaxPacketSize0; //端点0的最大包的大小
WORD idVendor; //厂商编号
WORD idProduct; //产品编号
WORD bcdDevice; //设备出厂编号
BYTE iManufacturer; //描述厂商字符串的索引
BYTE iProduct; //描述产品字符串的索引
BYTE iSerialNumber; //描述设备序列号字符串的索引
BYTE bNumConfiguration; //可能的配置数量
}
配置描述符
struct _CONFIGURATION_DEscriptOR_STRUCT
{
BYTE bLength; //配置描述符的字节数大小
BYTE bDescriptorType; //描述符类型编号,为0x02
WORD wTotalLength; //配置所返回的所有数量的大小
BYTE bNumInterface; //此配置所支持的接口数量
BYTE bConfigurationVale; //Set_Configuration命令需要的参数值
BYTE iConfiguration; //描述该配置的字符串的索引值
BYTE bmAttribute; //供电模式的选择
BYTE MaxPower; //设备从总线提取的最大电流
}
字符描述符
struct _STRING_DEscriptOR_STRUCT
{
BYTE bLength; //字符串描述符的字节数大小
BYTE bDescriptorType; //描述符类型编号,为0x03
BYTE SomeDescriptor[36]; //UNICODE编码的字符串
}
接口描述符
struct _INTERFACE_DEscriptOR_STRUCT
{
BYTE bLength; //接口描述符的字节数大小
BYTE bDescriptorType; //描述符类型编号,为0x04
BYTE bInterfaceNunber; //接口的编号
BYTE bAlternateSetting;//备用的接口描述符编号
BYTE bNumEndpoints; //该接口使用端点数,不包括端点0
BYTE bInterfaceClass; //接口类型 HID设备此值为0x03
BYTE bInterfaceSubClass;//接口子类型 HID设备此值为0或者1
BYTE bInterfaceProtocol;//接口所遵循的协议
BYTE iInterface; //描述该接口的字符串索引值
}
端点描述符
struct _ENDPOIN_DEscriptOR_STRUCT
{
BYTE bLength; //端点描述符的字节数大小
BYTE bDescriptorType; //描述符类型编号,为0x05
BYTE bEndpointAddress; //端点地址及输入输出属性
BYTE bmAttribute; //端点的传输类型属性
WORD wMaxPacketSize; //端点收、发的最大包的大小
BYTE bInterval; //主机查询端点的时间间隔
}
HID设备描述符
温习了以上内容,我们再来看看HID协议与这些描述符之间的关系。
当插入USB设备后,主机会向设备请求各种描述符来识别设备。
为了把一个设备识别为HID类别,设备在定义描述符的时候必须遵守HID规范。
从框图中,可以看出除了USB标准定义的一些描述符外,HID设备还必须定义HID描述符。另外设备和主机的通信是通过报告的形式来实现的,所以还必须定义报告描述符;而物理描述符不是必需的。还有就是HID描述符是关联于接口(而不是端点)的,所以设备不需要为每个端点都提供一个HID描述符。
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)。
报告描述符
报告描述符比较复杂,它是以item形式排列组合而成,无固定长途,用户可以自定义长度以及每一bit的含义。item类型分三种:main,global和local,其中main类型又可分为5种tag:
input item tag:指的是从设备的一个或多个类似控制管道得到的数据
output item tag:指的是发送给一个或多个类似控制管道的数据
feature item tag:表示设备的输入输出不面向最终用户
collection item tag:一个有意义的input,output和feature的组合项目
end collection item tag:指定一个collectionitem的终止
每一个main item tag(input,output,feature)都表明了来自一个特定管道的数据的大小,数据相对还是独立,以及其他相关信息。在此之前,global和local item定义了数据的最大值和最小值,等等。local item仅仅描述下一个main item定义的数据域,而global item是这一个报告描述符中所有后续数据段的默认属性。
一个报告描述符可能包含多个main item,为了准确描述来自一个控制管道的数据,一个报告描述符必须包括以下内容:
input(output,feature)
usage
usage page
Logical Minimum
Logical Maximum
Report Size
Report Count
下面用一个三键鼠标举例说明:
Usage Page (Generic Desktop); //global item
Usage (Mouse); //global item
Collection (Application); //Start Mouse collection
Usage (Pointer); //
Collection (Physical); //Start Pointer collection
Usage Page (Buttons)
Usage Minimum (1),
Usage Maximum (3),
Logical Minimum (0),
Logical Maximum (1) ; //Fields return values from 0 to 1
Report Count (3),
Report Size (1); //Create three 1 bit fields (button 1, 2, & 3)
Input (Data, Variable, Absolute); //Add fields to the input report.
Report Count (1),
Report Size (5); //Create 5 bit constant field
Input (Constant), ;Add field to the input report
Usage Page (Generic Desktop),
Usage (X),
Usage (Y),
Logical Minimum (-127),
Logical Maximum (127); //Fields return values from -127 to 127
Report Size (8),
Report Count (2); //Create two 8 bit fields (X & Y position)
Input (Data, Variable, Relative); //Add fields to the input report
End Collection; //Close Pointer collection
End Collection; //Close Mouse collection
item的数据格式有两种,分别是短item和长item。
短item格式
长item,其bType位值为3,bTag值为F
物理描述符用来描述行为特性,是可选的。
USB HID类可采用的通信管道
所有的HID设备通过USB的控�$@4�!A1!E8!81!91$EF!B@ 88!E8 @@ 98 E8�$A4�!E1!E8!51!15$EB!E@#=E�$=B#E5'E1"EA
在学习HID之前,先来复习一下USB协议的相关内容。
USB设备描述符-概述
当插入USB设备后,主机会向设备请求各种描述符来识别设备。那什么是设备描述符呢?
Descriptor即描述符,是一个完整的数据结构,可以通过C语言等编程实现,并存储在USB设备中,用于描述一个USB设备的所有属性,USB主机是通过一系列命令来要求设备发送这些信息的。
描述符的作用就是通过命令操作作来给主机传递信息,从而让主机知道设备具有什么功能、属于哪一类设备、要占用多少带宽、使用哪类传输方式及数据量的大小,只有主机确定了这些信息之后,设备才能真正开始工作。
USB有那些标准描述符?
USB有5种标准描述符:设备描述符 、配置描述符、字符描述符、接口描述符、端点描述符 。
描述符之间有一定的关系,一个设备只有一个设备描述符,而一个设备描述符可以包含多个配置描述符,而一个配置描述符可以包含多个接口描述符,一个接口使用了几个端点,就有几个端点描述符。由此我们可以看出,USB的描述符之间的关系是一层一层的,最上一层是设备描述符,下面是配置描述符,再下面是接口描述符,再下面是端点描述符。在获取描述符时,先获取设备描述符,然后再获取配置描述符,根据配置描述符中的配置集合长度,一次将配置描述符、接口描述符、端点描述符一起一次读回。其中可能还会有获取设备序列号,厂商字符串,产品字符串等。
设备描述符
struct _DEVICE_DEscriptOR_STRUCT
{
BYTE bLength; //设备描述符的字节数大小
BYTE bDescriptorType; //描述符类型编号,为0x01
WORD bcdUSB; //USB版本号
BYTE bDeviceClass; //USB分配的设备类代码,0x01~0xfe为标准设备类,0xff为厂商自定义类型,0x00不是在设备描述符中定义的,如HID
BYTE bDeviceSubClass; //usb分配的子类代码,同上,值由USB规定和分配的,HID设备此值为0
BYTE bDeviceProtocl; //USB分配的设备协议代码,同上HID设备此值为0
BYTE bMaxPacketSize0; //端点0的最大包的大小
WORD idVendor; //厂商编号
WORD idProduct; //产品编号
WORD bcdDevice; //设备出厂编号
BYTE iManufacturer; //描述厂商字符串的索引
BYTE iProduct; //描述产品字符串的索引
BYTE iSerialNumber; //描述设备序列号字符串的索引
BYTE bNumConfiguration; //可能的配置数量
}
配置描述符
struct _CONFIGURATION_DEscriptOR_STRUCT
{
BYTE bLength; //配置描述符的字节数大小
BYTE bDescriptorType; //描述符类型编号,为0x02
WORD wTotalLength; //配置所返回的所有数量的大小
BYTE bNumInterface; //此配置所支持的接口数量
BYTE bConfigurationVale; //Set_Configuration命令需要的参数值
BYTE iConfiguration; //描述该配置的字符串的索引值
BYTE bmAttribute; //供电模式的选择
BYTE MaxPower; //设备从总线提取的最大电流
}
字符描述符
struct _STRING_DEscriptOR_STRUCT
{
BYTE bLength; //字符串描述符的字节数大小
BYTE bDescriptorType; //描述符类型编号,为0x03
BYTE SomeDescriptor[36]; //UNICODE编码的字符串
}
接口描述符
struct _INTERFACE_DEscriptOR_STRUCT
{
BYTE bLength; //接口描述符的字节数大小
BYTE bDescriptorType; //描述符类型编号,为0x04
BYTE bInterfaceNunber; //接口的编号
BYTE bAlternateSetting;//备用的接口描述符编号
BYTE bNumEndpoints; //该接口使用端点数,不包括端点0
BYTE bInterfaceClass; //接口类型 HID设备此值为0x03
BYTE bInterfaceSubClass;//接口子类型 HID设备此值为0或者1
BYTE bInterfaceProtocol;//接口所遵循的协议
BYTE iInterface; //描述该接口的字符串索引值
}
端点描述符
struct _ENDPOIN_DEscriptOR_STRUCT
{
BYTE bLength; //端点描述符的字节数大小
BYTE bDescriptorType; //描述符类型编号,为0x05
BYTE bEndpointAddress; //端点地址及输入输出属性
BYTE bmAttribute; //端点的传输类型属性
WORD wMaxPacketSize; //端点收、发的最大包的大小
BYTE bInterval; //主机查询端点的时间间隔
}
HID设备描述符
温习了以上内容,我们再来看看HID协议与这些描述符之间的关系。
当插入USB设备后,主机会向设备请求各种描述符来识别设备。
为了把一个设备识别为HID类别,设备在定义描述符的时候必须遵守HID规范。
从框图中,可以看出除了USB标准定义的一些描述符外,HID设备还必须定义HID描述符。另外设备和主机的通信是通过报告的形式来实现的,所以还必须定义报告描述符;而物理描述符不是必需的。还有就是HID描述符是关联于接口(而不是端点)的,所以设备不需要为每个端点都提供一个HID描述符。
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)。
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 0x21:HID描述符 0x22:报告描述符 0x23:物理描述符 |
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 |
报告描述符
报告描述符比较复杂,它是以item形式排列组合而成,无固定长途,用户可以自定义长度以及每一bit的含义。item类型分三种:main,global和local,其中main类型又可分为5种tag:
input item tag:指的是从设备的一个或多个类似控制管道得到的数据
output item tag:指的是发送给一个或多个类似控制管道的数据
feature item tag:表示设备的输入输出不面向最终用户
collection item tag:一个有意义的input,output和feature的组合项目
end collection item tag:指定一个collectionitem的终止
每一个main item tag(input,output,feature)都表明了来自一个特定管道的数据的大小,数据相对还是独立,以及其他相关信息。在此之前,global和local item定义了数据的最大值和最小值,等等。local item仅仅描述下一个main item定义的数据域,而global item是这一个报告描述符中所有后续数据段的默认属性。
一个报告描述符可能包含多个main item,为了准确描述来自一个控制管道的数据,一个报告描述符必须包括以下内容:
input(output,feature)
usage
usage page
Logical Minimum
Logical Maximum
Report Size
Report Count
下面用一个三键鼠标举例说明:
Usage Page (Generic Desktop); //global item
Usage (Mouse); //global item
Collection (Application); //Start Mouse collection
Usage (Pointer); //
Collection (Physical); //Start Pointer collection
Usage Page (Buttons)
Usage Minimum (1),
Usage Maximum (3),
Logical Minimum (0),
Logical Maximum (1) ; //Fields return values from 0 to 1
Report Count (3),
Report Size (1); //Create three 1 bit fields (button 1, 2, & 3)
Input (Data, Variable, Absolute); //Add fields to the input report.
Report Count (1),
Report Size (5); //Create 5 bit constant field
Input (Constant), ;Add field to the input report
Usage Page (Generic Desktop),
Usage (X),
Usage (Y),
Logical Minimum (-127),
Logical Maximum (127); //Fields return values from -127 to 127
Report Size (8),
Report Count (2); //Create two 8 bit fields (X & Y position)
Input (Data, Variable, Relative); //Add fields to the input report
End Collection; //Close Pointer collection
End Collection; //Close Mouse collection
item的数据格式有两种,分别是短item和长item。
短item格式
bSize | 0:0个字节 1:1个字节 2:2个字节 3:4个字节 |
bType | 0:main 1:global 2:local 3:保留 |
bTag | item类型 8:input 9:output A:collection B:feature C:end collection |
长item,其bType位值为3,bTag值为F
bDataSize | 0:0个字节 1:1个字节 2:2个字节 3:4个字节 |
bLongItemTag | 0:main 1:global 2:local 3:保留 |
data | 数据 |
物理描述符用来描述行为特性,是可选的。
USB HID类可采用的通信管道
所有的HID设备通过USB的控�$@4�!A1!E8!81!91$EF!B@ 88!E8 @@ 98 E8�$A4�!E1!E8!51!15$EB!E@#=E�$=B#E5'E1"EA
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