USB_HID_设备类协议入门

一、应用场合USBHID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、USBHID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、USBHID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USBHID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（BootDevice，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BootDevice。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0NONE1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、USBHID类描述符的结构偏移量域大小值描述0bLength1数字此描述符的长度（以字节为单位）1bDescriptorType1常量描述符种类（此处为0x21即HID类描述符）2bcdHID2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0x01104bCountryCode1数字硬件目的国家的识别码（BCD码）（见表3）5bNumDescritors1数字支持的附属描述符数目6bDescriptorType1常量HID相关描述符的类型，取值见表57wDescriptorLength2数字报告描述符总长度9bDescriptorType1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10wDescriptorLength2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18Netherlands/Dutch01Arabic19Norwegian02Belgian20Persian(Farsi)03Canadian-Bilingual21Poland04Canadian-French22Portuguese05CzechRepublic23Russia06Danish24Slovakia07Finnish25Spanish08French26Swedish09German27Swiss/French10Greek28Swiss/German11Hebrew29Switzerland12Hungary30Taiwan13International(ISO)31Turkish-Q14Italian32UK15Japan(Katakana)33US16Korean34Yugoslavia17LatinAmerican35Turkish-F36~255Reserved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0x21HID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USBHID协议，USB协会提供了一个HID描述符编辑工具称作HIDDescriptorTool，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0bDesignator1用来指定本体的哪一部分影响项目（含义见表6）1bFlags1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、USBHID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0bmRequestType1HID设备类请求特性如下：位7：0＝从USBHOST到USB设备1＝从USB设备到USBHOST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1bRequest1HID类请求（参考表9）2wValue2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。4wIndex22字节数值，根据不同的bRequest有不同的意义6wLength2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0x01GET_REPORT0x02GET_IDLE0x03GET_PROTOCOL仅仅适应于支持启动功能的HID设备（BootDevice）0x09SET_REPORT0x0ASET_IDLE0x0BSET_PROTOCOL仅仅适应于支持启动功能的HID设备（BootDevice）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。