USB HID介绍
2016-04-11 21:18
344 查看
HID是一种USB通信协议，无需安装驱动就能进行交互，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 usb_device_descriptor
{
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（配置描述符的数量）
}
配置描述符
struct usb_config_descriptor
{
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（接口描述符的数量）
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 usb_string_descriptor
{
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
接口描述符是指逻辑上的设备，如一个USB声卡，硬件上只有一个，但是逻辑上可能有两个功能，一个是录音，一个是播放。
写驱动程序的时候是给逻辑上的设备写的，所以一个USB硬件可能安装多个驱动程序。（因此，以后写USB设备驱动程序，写的就是USB接口描述符方面的）（端点是USB传输对象）
struct usb_interface_descriptor
{
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 （端点描述符的个数）
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 usb_endpoint_descriptor {
__u8 bLength; /* 描述符长度 */
__u8 bDescriptorType; /* 描述符类型 */
__u8 bEndpointAddress; /* 端点地址： 0～3 位是端点号，第 7 位是方向(0-OUT,1-IN) */
__u8 bmAttributes; /* 端点属性： bit[0:1] 的值为00 表示控制，为01 表示同步，为02 表示批量，为03 表示中断 */
__le16 wMaxPacketSize; /* 本端点接收或发送的最大信息包的大小 */
__u8 bInterval; /* 轮询数据传送端点的时间间隔 */
/* 对于批量传送的端点以及控制传送的端点，此域忽略 */
/* 对于同步传送的端点，此域必须为 1 */
/* 对于中断传送的端点，此域值的范围为 1～255 */
__u8 bRefresh;
__u8 bSynchAddress;
} _ _attribute_ _ ((packed));
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的控制管道（默认管道，即端点0）和中断管道与主机通信。
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。
HID设备6种特定请求
GET_REPORT：主机通过控制端点获取一个Report
SET_REPORT：主机发送一个Report给设备，用以设置input，output或者feature
GET_IDLE
SET_IDLE
GET_PROTOCOL
SET_PROTOCOL
转自：http://blog.csdn.net/leo_wonty/article/details/6721214
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 usb_device_descriptor
{
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（配置描述符的数量）
}
配置描述符
struct usb_config_descriptor
{
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（接口描述符的数量）
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 usb_string_descriptor
{
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
接口描述符是指逻辑上的设备，如一个USB声卡，硬件上只有一个，但是逻辑上可能有两个功能，一个是录音，一个是播放。
写驱动程序的时候是给逻辑上的设备写的，所以一个USB硬件可能安装多个驱动程序。（因此，以后写USB设备驱动程序，写的就是USB接口描述符方面的）（端点是USB传输对象）
struct usb_interface_descriptor
{
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 （端点描述符的个数）
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 usb_endpoint_descriptor {
__u8 bLength; /* 描述符长度 */
__u8 bDescriptorType; /* 描述符类型 */
__u8 bEndpointAddress; /* 端点地址： 0～3 位是端点号，第 7 位是方向(0-OUT,1-IN) */
__u8 bmAttributes; /* 端点属性： bit[0:1] 的值为00 表示控制，为01 表示同步，为02 表示批量，为03 表示中断 */
__le16 wMaxPacketSize; /* 本端点接收或发送的最大信息包的大小 */
__u8 bInterval; /* 轮询数据传送端点的时间间隔 */
/* 对于批量传送的端点以及控制传送的端点，此域忽略 */
/* 对于同步传送的端点，此域必须为 1 */
/* 对于中断传送的端点，此域值的范围为 1～255 */
__u8 bRefresh;
__u8 bSynchAddress;
} _ _attribute_ _ ((packed));
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的控制管道（默认管道，即端点0）和中断管道与主机通信。
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。
| 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 |
HID设备6种特定请求
| 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（参考下表） |
| 2 | wValue | 2 | 高字节说明描述符的类型 0x21：HID描述符 0x22：报告描述符 0x23：物理描述符 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 |
| HID类请求 | ||
| 数值 | HID类请求描述符 | 注释 |
| 0x01 | GET_REPORT | 主机用控制传输从设备接收数据，所有HID类设备都要支持这个请求； |
| 0x02 | GET_IDLE | 主机读取设备当前的空闲速率，设备可以不支持此请求； |
| 0x03 | GET_PROTOCOL | 仅仅适应于支持启动功能的HID设备（Boot Device） |
| 0x09 | SET_REPORT | 设备用控制传输接收主机的数据，设备可以不支持此请求； |
| 0x0A | SET_IDLE | 设置闲置状态，设备可不支持此请求； |
| 0x0B | SET_PROTOCOL | 仅仅适应于支持启动功能的HID设备（Boot Device） |
GET_REPORT：主机通过控制端点获取一个Report
| 域 | 值 | 描述 |
| bmRequestType | 0xA1 | |
| bRequest | 0x01 | |
| wValue | 高字节表示报告类型 0x01:input 0x02:output 0x03:feature other:reserved 低字节表示ReportID，如不使用设为0 | |
| wIndex | HID的interface索引值 | |
| wLength | Report长度 | |
| Data | Report内容 | |
SET_REPORT：主机发送一个Report给设备，用以设置input，output或者feature
| 域 | 值 | 描述 |
| bmRequestType | 0x21 | |
| bRequest | 0x09 | |
| wValue | 高字节表示报告类型 0x01:input 0x02:output 0x03:feature other:reserved 低字节表示ReportID，如不使用设为0 | |
| wIndex | HID的interface索引值 | |
| wLength | Report长度 | |
| Data | Report内容 | |
GET_IDLE
| 域 | 值 | 描述 |
| bmRequestType | 0xA1 | |
| bRequest | 0x02 | |
| wValue | 高字节0 低字节表示ReportID，如不使用设为0 | |
| wIndex | HID的interface索引值 | |
| wLength | 1 | |
| Data | 空闲速率 | |
SET_IDLE
| 域 | 值 | 描述 |
| bmRequestType | 0x21 | |
| bRequest | 0x0A | |
| wValue | 新的速率 低字节表示ReportID，如不使用设为0 | |
| wIndex | HID的interface索引值 | |
| wLength | 0 | |
| Data | 无 | |
GET_PROTOCOL
| 域 | 值 | 描述 |
| bmRequestType | 0xA1 | |
| bRequest | 0x03 | |
| wValue | 0 | |
| wIndex | HID的interface索引值 | |
| wLength | 1 | |
| Data | 0 = Boot Protocol 1 = Report Protocol | |
SET_PROTOCOL
| 域 | 值 | 描述 |
| bmRequestType | 0x21 | |
| bRequest | 0x0B | |
| wValue | 0 = Boot Protocol 1 = Report Protocol | |
| wIndex | HID的interface索引值 | |
| wLength | 0 | |
| Data | 无 | |
转自：http://blog.csdn.net/leo_wonty/article/details/6721214
内容来自用户分享和网络整理，不保证内容的准确性，如有侵权内容，可联系管理员处理 
相关文章推荐
- 优化配置和索引查询--MySQL服务器进程CPU占用100%的解决方法
- LeetCode *** 141. Linked List Cycle
- Hadoop中fsimage和edits合并问题
- c++实验3-分段函数求值
- 很好用的一个类：TJvAppXMLFileStorage
- 2602 Bone Collector dp-3
- 理解牛顿法
- Android学习第五天，Style，和选择器
- 史上最详细c语言学生管理系统（完整的源代码）
- Python+PyQt4+Eric6合并Excel的图形化界面设计
- [number theory]数论
- tornado
- c++上机第三次实验
- NOD 1113矩阵快速幂
- nyoj 5 Binary String Matching
- 进程间通信（2）消息队列
- 递归倒序输出字符串
- ZooKeeper中“会话”的那些事儿
- 设备管控数据表设计
- 我的VS2010+VAssistX