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1、第8章 USB接口HID設(shè)備 229 第8章 USB接口HID設(shè)備 HID（Human Interface Device，人機接口設(shè)備）是USB設(shè)備中常用的設(shè)備類型，是直接與人交互的USB設(shè)備，例如鍵盤、鼠標(biāo)與游戲桿等。在USB設(shè)備中，HID設(shè)備的成本較低。另外，HID設(shè)備并不一定要有人機交互功能，只要符合HID類別規(guī)范的設(shè)備都是HID設(shè)備。 Wndows操作系統(tǒng)最先支持的HID設(shè)備。在windows 98以及后來的版本中內(nèi)置有 HID設(shè)備的驅(qū)動程序，應(yīng)用程序可以直接使用這些驅(qū)動程序來與設(shè)備通信。 在設(shè)計一個USB接口的

2、計算機外部設(shè)備時，如果HID類型的設(shè)備可以滿足需要，可以將其設(shè)計為HID類型設(shè)備，這樣可以省去比較復(fù)雜的USB驅(qū)動程序的編寫，直接利用Windows操作系統(tǒng)對標(biāo)準(zhǔn)的HID類型USB設(shè)備的支持。 8.1 HID設(shè)備簡介 8.1.1 HID設(shè)備的特點 ? 交換的數(shù)據(jù)儲存在稱為報表（Report）的結(jié)構(gòu)內(nèi)，設(shè)備的固件必須支持HlD報表的格式。主機通過控制和中斷傳輸中的傳送和請求報表來傳送和接收數(shù)據(jù)。報表的格式非常靈活。 ? 每一筆事務(wù)可以攜帶小量或中量的數(shù)據(jù)。低速設(shè)備每一筆事務(wù)最大是8B，全速設(shè)備每一筆事務(wù)最大是64B，高速設(shè)備每一筆事務(wù)最大是1024B。一個報表可以使用多筆事務(wù)。

3、 ? 設(shè)備可以在未預(yù)期的時間傳送信息給主機，例如鍵盤的按鍵或是鼠標(biāo)的移動。所以主機會定時輪詢設(shè)備，以取得最新的數(shù)據(jù)。 ? HID設(shè)備的最大傳輸速度有限制。主機可以保證低速的中斷端點每10ms內(nèi)最多1筆事務(wù)，每一秒最多是800B。保證全速端點每lms一筆事務(wù)，每一秒最多是64000B。保證高速端點每125 us三筆事務(wù)，每一秒最多是24.576MB。 ? HID設(shè)備沒有保證的傳輸速率。如果設(shè)備是設(shè)置在10ms的時距，事務(wù)之間的時間可能等于或小于10ms。除非設(shè)備是設(shè)置在全速時在每個幀傳輸數(shù)據(jù)，或是在高速時在每個微幀傳輸數(shù)據(jù)。這是最快的輪詢速率，所以端點可以保證有正確的帶寬可供使用。 HID

4、設(shè)備除了傳送數(shù)據(jù)給主機外，它也會從主機接收數(shù)據(jù)。只要能夠符合HlD類別規(guī)范的設(shè)備都可以是HID設(shè)備。 設(shè)備除了HlD接口之外，它可能同時還包含有其他的USB接口。例如影像顯示設(shè)備可能使用HID接口來做亮度、對比度的軟件控制，而使用傳統(tǒng)的影像接口來傳送要顯示的數(shù)據(jù)。USB擴音器可以使用實時傳輸來播放語音，同時使用HID接口來控制音量、低音等。 HID類別設(shè)備的規(guī)范文件主要是以下兩份： ? Device Class Definition for Human interface Devices ? HID Usage Tables 其中前者是HID的基本規(guī)范文件，后者可以是前者的附件，為開

5、發(fā)人員提供實際的控制類型的描述。文件是用來定義讓主機了解以及使用HID數(shù)據(jù)的數(shù)值。這兩份文件是由 USB Device Working Group制定的，可以在網(wǎng)址http://www.usb.org/developers/hidpage/ #Class _Definition下載。 8.1.2 HID設(shè)備的硬件要求 HID接口必須符合Device Class Definition for Human interface Devices規(guī)范內(nèi)所定義的HID類別的需求。在此文件內(nèi)描述了所需的描述符、傳輸?shù)念l率以及傳輸?shù)念愋偷?。為了符合?guī)范，HID接口的端點與描述符都必須符合數(shù)個要求。

6、所有的HID傳輸都是使用默認(rèn)控制管道或是一個中斷管道，HID設(shè)備必須有一個中斷輸入端點來傳送數(shù)據(jù)到主機，中斷輸出端點則不是必需的。 HID類別 驅(qū)動程序 HID類別 設(shè)備 主機 外設(shè) 默認(rèn)控制管道 中斷管道 圖8-1 HID傳輸?shù)膫鬏旑愋? 表8-1 HID設(shè)備的傳輸類型 傳輸 類型 數(shù)據(jù)來源 數(shù)據(jù)類型 是否需 要管道 控制 設(shè)備（輸入） 沒有嚴(yán)格時間限制的數(shù)據(jù) 是 主機（輸出） 沒有嚴(yán)格時間限制的數(shù)據(jù) 或是沒有中斷輸出管道時的任何數(shù)據(jù) 中斷 設(shè)備（輸入） 定時或低延遲的數(shù)據(jù) 是 主機（輸出） 定時或低延遲的數(shù)據(jù) 是

7、 主機與設(shè)備之間所交換的數(shù)據(jù)，可以分成兩種類型： ? 低延遲的數(shù)據(jù)，必須盡快地到達(dá)目的； ? 配置或其他的數(shù)據(jù)，沒有嚴(yán)格時間限制的需求。 中斷管道是控制管道之外的另一種數(shù)據(jù)交換的方式，特別適合使用在接收端需要定時或是盡可能及時收到數(shù)據(jù)的時候。中斷輸入管道攜帶數(shù)據(jù)到主機，中斷輸出管道則是攜帶數(shù)據(jù)到設(shè)備。在總線忙的時候，控制管道可能會被延遲，而中斷管道保證會有可得到的帶寬。HID不需要一定有中斷輸出管道。如果沒有中斷輸出管道，主機會在控制管道上使用HID設(shè)備特有的Set_Report請求來傳送所有的報表。 8.1.3 HID固件的要求 主機的驅(qū)動程序要與HID設(shè)備通信，設(shè)備的固件必

8、須符合下列需求： ? 設(shè)備的描述符必須識別該設(shè)備包含有HID接口。 ? 除了默認(rèn)控制管道外，固件必須另外支持一個中斷輸入管道。 ? 固件必須包含一個報表描述符來定義要傳送與接收的設(shè)備數(shù)據(jù)。 如果要傳送數(shù)據(jù)，固件必須支持Get_Report控制傳輸與中斷輸入傳輸。如果要接收數(shù)據(jù)，固件必須支持Set_Report控制傳輸與選擇性的中斷輸出傳輸。 所有的HID數(shù)據(jù)都必須使用定義過的報表格式來定義報表中數(shù)據(jù)的大小與內(nèi)容。設(shè)備可以支持一個或多個報表。在固件中的一個報表描述符用來描述此報表，以及如何使用報表數(shù)據(jù)的信息。 在每一個報表中的一個數(shù)值，定義此報表是一個輸入（Input）、輸出（Out

9、put）或是特征（Feature）報表。主機在輸入報表中接收數(shù)據(jù)，在輸出報表中傳送數(shù)據(jù)，特征報表可以在任何方向傳遞。 Windows 98以及后來版本的HID驅(qū)動程序使用中斷傳輸來傳遞輸入報表。輸出報表的傳輸類型要根據(jù)設(shè)備支持的端點與Windows的版本而定。Windows 98 Gold只符合HID 1.0規(guī)范，它的HID驅(qū)動程序使用控制傳輸來傳遞輸出報表。Windows 98 SE、Wndows 2000符合HID 1.1規(guī)范，HID驅(qū)動程序在有中斷輸出端點時使用中斷傳輸，否則使用控制傳輸來傳遞輸出報表。特征報表都是使用控制傳輸。 8.2 HID設(shè)備描述符 HID設(shè)備連接到U

10、SB主機后，主機通過發(fā)送Get_Descriptor請求 讀取HID設(shè)備的描述符，了解描述符對了解USB設(shè)備是至關(guān)重要的。 8.2.1 HID設(shè)備的描述符 HID設(shè)備除了支持USB設(shè)備的5種標(biāo)準(zhǔn)描述符之外，還支持HID設(shè)備特有的3種描述符。這些描述符是： ? USB標(biāo)準(zhǔn)描述符：設(shè)備、配置、接口、端點和字符串描述符。 ? HID特有的描述符：HID、報表（Report）和實體（Physical）描述符。 從描述符的關(guān)聯(lián)關(guān)系看，HID描述符是關(guān)聯(lián)于接口。所以如果一個HID設(shè)備有2個端點，設(shè)備不需要每個端點有一個HID描述符。 圖8-2 HID描述符的關(guān)聯(lián)關(guān)系 接口描述符Int

11、erface 端點描述符 Endpoint HID描述符 Hid 報表描述符 Report 實體描述符 Physical HID、報表和實體描述符是HID設(shè)備特有的描述符 從前面的USB描述符可以看出一個規(guī)律，描述符的第一、二字節(jié)分別是描述符的長度和類型，描述符的類型字段（bDescriptorType）表明描述符的種類，下表列出了不同描述符的類型字段數(shù)值。 表8-2 HID的描述符 類型 描述符 應(yīng)用 數(shù)值 標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)備 Device 所有設(shè)備必須有，只能一個 01 配置 Configuration 所有設(shè)備必須

12、有，至少一個 02 字符串 String 可選擇 03 接口 Interface 每一個接口一個 04 端點 Endpoint 除端點0之外的每個端點一個 05 設(shè)備限定 Device_Qualiffier 同時支持全速與高速的設(shè)備必須有一個 06 Other_Speed_Configuration 07 Interface_power 08 類別 HID HID設(shè)備必須有 21 Hub 29 HID 特定 報表 Report HID設(shè)備必須有 22 實體 Physical 可選擇的 23 對于一個H

13、ID設(shè)備，設(shè)備描述符與配置描述符沒有HID特定的信息。其設(shè)備描述符的bDeviceClass和bDeviceSubClass字段的值為0，接口描述符的bInterfaceClass字段值為03，表示設(shè)備的該接口是HID類別。在接口描述符中其他包含HID特定信息的字段還有子類別碼（blnterfaceSubClass）與協(xié)議碼（blnterfaceProtocol字段）。 在接口描述符中子類別碼字段等于1表示此設(shè)備支持啟動接口（Boot Interface）。如果設(shè)備有啟動接口，即便主機的HID沒有加載驅(qū)動程序，設(shè)備也可以使用。這種情形可能發(fā)生在計算機是由DOS直接啟動，在啟動時觀看系統(tǒng)設(shè)置畫

14、面或使用Wndows的安全模式時。 含有啟動接口的鍵盤或鼠標(biāo)可以使用BIOS或許多主機支持的默認(rèn)簡單協(xié)議。HID規(guī)范定義了鍵盤與鼠標(biāo)的啟動接口協(xié)議。 如果設(shè)備沒有啟動接口，并且接口描述符中協(xié)議碼字段是1，表示設(shè)備支持鍵盤接口，協(xié)議碼字段是2，表示支持鼠標(biāo)接口。接口描述符中協(xié)議碼字段是0，表示設(shè)備不支持啟動協(xié)議。 在 HID Usage Tables規(guī)范中定義了鍵盤與鼠標(biāo)的啟動描述符（Boot Descriptor）。BIOS不需要從設(shè)備中讀取描述符，因為它知道啟動協(xié)議，并且假設(shè)設(shè)備支持啟動協(xié)議。所以要啟動的設(shè)備不需要在固件內(nèi)包含啟動接口描述符，它只要在主機尚未要求在報表描述符中的定義協(xié)議

15、時支持啟動協(xié)議即可。在操作系統(tǒng)加載HlD驅(qū)動程序后會使用Set_Protocol請求，將設(shè)備由啟動協(xié)議轉(zhuǎn)換成報表協(xié)議。 8.2.2 HID描述符 HID描述符的主要作用是用來識別HID通信所使用的額外描述符。下表是HID描述符結(jié)構(gòu)。 表8-3 HID描述符結(jié)構(gòu) 偏移 量 字段 字節(jié) 數(shù) 數(shù)值 類型 說明 0 bLength 1 Numeric 描述符字節(jié)數(shù) 1 bDescriptorType 1 Constant 0x21 = HID描述符 2 bcdHID 2 Numeric HID規(guī)范版本號（BCD） 4 bCountryC

16、ode 1 Numeric 硬件設(shè)備所在國家的國家代碼 5 bNumDescriptors 1 Numeric 類別描述符數(shù)目（至少有一個報表描述符） 6 bDescriptorType 1 Constant 類別描述符的類型 7 wDescriptorLength 2 Numeric 報表描述符的總長度 9 [bDescriptorType]... 1 Constant 附加的描述符的類型，可選的 10 [wDescriptorLength]... 2 Numeric 附加的描述符的總長度，可選的 bcdHID：設(shè)備與其描述符所遵

17、循的HID規(guī)范的版本號碼，此數(shù)值是4個16進(jìn)制的BCD格式字符。例如版本1.1的bcdHID是0110h。（2 bytes） bCountryCode：硬件目的國家的識別碼。如果不說明，該字段為0。 bDescriptorType：HID描述符附屬的描述符的類型（報表或?qū)嶓w）。每一個 HID都必須至少支持一個報表描述符。一個接口可以支持多個報表描述符，以及一個或多個實體描述符。 HID描述符的偏移量為9和10的bDescriptorType和wDescriptorLength可以重復(fù)存在多個。 1. 報表描述符 報表描述符定義了執(zhí)行設(shè)備功能的數(shù)據(jù)格式和使用方法。 報表描述符和USB

18、的其他描述符是不一樣的，它不是一個簡單的表格，報表描述符是USB所有描述符中最復(fù)雜的。報表描述符非常復(fù)雜而有彈性，因為它需要處理各種用途的設(shè)備。報表的數(shù)據(jù)必須以簡潔的格式來儲存，這樣才不會浪費設(shè)備內(nèi)的儲存空間以及數(shù)據(jù)傳輸時的總線時間。 實際上可以這樣理解，報表內(nèi)容的簡潔，是通過報表描述符全面的、復(fù)雜的數(shù)據(jù)描述實現(xiàn)的。 報表描述符必須先描述數(shù)據(jù)的大小與內(nèi)容。報表描述符的內(nèi)容與大小因設(shè)備的不同而不同，在進(jìn)行報表傳輸之前，主機必須先請求設(shè)備的報表描述符，只有得到了報表描述符才可正確解析報表的數(shù)據(jù)。 報表描述符是報表描述項目（Item）的集合，每一個描述項目都有相對統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，項目很多，通過

19、編碼實現(xiàn)。 （1）項目 報表描述符由描述HID設(shè)備的數(shù)據(jù)項目（Item）組成。 項目的第一個字節(jié)（項目前綴）由三部分構(gòu)成： 項目標(biāo)志（item Tag）：說明項目的功能， 項目類型（item Type）：說明項目的數(shù)據(jù)類型， 項目長度（item Size）：說明項目的數(shù)據(jù)部分的長度。 HID的項目有短項目和長項目兩種，其中短項目的格式如下圖。 Data (可以是0、1、2、4個字節(jié)) bTag bType bSize 7 6 5 4 3 2 1 0 位序 字段 圖8-3 HID報表短項目格式 短項目的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)由bSize的值定義，b

20、Size為0、1、2、3時Data部分的字節(jié)數(shù)分別為0、1、2、4個字節(jié)。（nn為數(shù)據(jù)長度） 短項目的項目類型由bType定義，bType為0、1、2時分別為Main、Global和Local類型。(見后面的表8-4 HID項目列表) 長項目可以攜帶較多的數(shù)據(jù)，其格式如下圖。 bDataSize 1 1 1 1 1 1 1 0 7 6 5 4 3 2 1 0 位序 字段 圖8-4 HID報表長項目格式 bLongItemTag Data 字節(jié)數(shù) 1 1 1 1~255 項目中的第一個字節(jié)為上圖中的特定值時表明該項目是一個長項目。長項目中的bDataSize說明

21、Data部分的字節(jié)數(shù)，bLongItemTag在HID規(guī)范中沒有定義。 下面是通過匯編實現(xiàn)的一個簡單的報表描述符，描述符的每一行是一個項目，該描述符描述了一個從設(shè)備接收2個字節(jié)的輸入報表和發(fā)送2個字節(jié)到設(shè)備的輸出報表。 HID_Report_desc_table:九、ＤＢ ＤＢ偽指令用于定義一個連續(xù)的存儲區(qū)，給該存儲區(qū)的存儲單元賦值。該偽指令的參數(shù)即為存儲單元的值，在表達(dá)式中對變元個數(shù)沒有限制，只要此條偽指令能容納在源程序的一行內(nèi)，其格式為： 標(biāo)號：?DB?表達(dá)式 只要表達(dá)式不是字符串，每一表達(dá)式值都被賦給一個字節(jié)。計算表達(dá)式值時按１６位處理，但其結(jié)果只取低８位，若多個表達(dá)式出現(xiàn)

22、在一個ＤＢ偽指令中，它們必須以逗號分開。 表達(dá)式中有字符串時，以單引號“'”作分隔符，每個字符占一個字節(jié)，字符串不加改變地被存在各字節(jié)中，并不將小寫字母轉(zhuǎn)換成大寫字母。 例如： DB 00H 01H 03H 46H DB 'This is a demo!' db 06h, A0h, FFh ; Usage Page(Vendor defined) 定義設(shè)備功能 db 09h, A5h ; Usage(Vendor Defined) 定義用法 db A1h, 01h ; Collection(Application) 開一個集合

23、 db 09H, A6h ; Usage(Vendor defined) 定義用法 ; 輸入報表 db 09h, A7h ; Usgae(Vendor defined) 定義用法 db 15h, 80h ; Logical Minimum 定義輸入最小值=-128 db 25h, 7Fh ; Logical Maximum 定義輸入最大值=+127 db 75h, 08h ; Report Size 定義報表數(shù)據(jù)項大小=8 db 95

24、h, 02h ; Report Count 定義報表數(shù)據(jù)項個數(shù)=2 db 81h, 02h ; Input(Data,Variable,Absolute) 輸入項目 ; 輸出報表 db 09h, A9h ; Usgae(Vendor defined) 定義用法 db 15h, 80h ; Logical Minimum 定義輸入最小值=-128 db 25h, 7Fh ; Logical Maximum 定義輸入最大值=+27 db 75h, 0

25、8h ; Report Size 定義報表數(shù)據(jù)項大小=8 db 95h, 02h ; Report Count 定義報表數(shù)據(jù)向個數(shù)=2 db 91h, 02h ; Output(Data,Variable,Absolute) 輸出項目 db C0h ; End Collection 關(guān)閉集合 （2）項目的分類 報表的項目有Main、Global和Local三大類，每一類都有多個不同的項目，實現(xiàn)不同的描述。 Main類項目用于定義報表描述符中的數(shù)據(jù)項。也

26、可以組合其中的若干數(shù)據(jù)項成為一個集合。Main項目可以分為帶數(shù)據(jù)的Main項目和不帶數(shù)據(jù)的Main項目。帶數(shù)據(jù)項的Main用于生成報表中的數(shù)據(jù)項，包括Input、Output和Feature項目。不帶數(shù)據(jù)的Main項目不生成報表中的數(shù)據(jù)項，包括Collection和End Collection項目。 Global類項目實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的描述，用來識別報表并且描述報表內(nèi)的數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)的功能、最大與最小允許值以及數(shù)據(jù)項的大小與數(shù)目等。改變由Main類項目生成的項目狀態(tài)表。Global類項目描述對后續(xù)的所有項目有效，除非遇到有新的Global類項目。 Local類項目定義控制的特征，這一類項目的作用

27、域不超過下一個Main項目，所以在每一Main項目之前可能有多個Local項目。Local項目用于描述后面的Input、Output和Feature項目。 下表列出的是全部的項目的前綴字和簡要功能說明。 表8-4 HID項目列表 項目 類型 項目標(biāo)志（Tag） 項目前綴，nn為數(shù)據(jù)長度 功能說明 Main 類項目 （00） Input 1000 00 nn 定義輸入報表，主機利用該信息解析設(shè)備提供的數(shù)據(jù)。主機向控制端口發(fā)送Get_Report實現(xiàn)輸入 Output 1001 00 nn 創(chuàng)建輸出報表，通過向設(shè)備發(fā)送Set_Report實現(xiàn)輸出 Featu

28、re 1011 00 nn 定義送往設(shè)備的設(shè)置信息 Collection 1010 00 nn 定義2個以上數(shù)據(jù)（Input、Output和Feature）的關(guān)系為集合，Collection開始一個集合，之后的End Collection結(jié)束集合。Collection項目的數(shù)據(jù)部分說明Collection的類型 End Collection 1100 00 nn Global 類項目（01） Usage Page 0000 01 nn 指定設(shè)備的功能 （06h,A0h,FFh） 另外由于Usage項目有32位數(shù)據(jù)值，Usage Page項目用于為Usage項目在報表描

29、述符中占居存儲空間。用于存放后續(xù)的Usage項目的高16位。 Logical Minimum 0001 01 nn 定義變量或數(shù)組項目的邏輯最小值和最大值 (-128,+127) (15h, 80h) (25h, 7Fh) Logical Maximum 0010 01 nn Physical Minimum 0011 01 nn 定義變量或數(shù)組項目的物理最小值和最大值，分別和Logical Minimum、Logical Maximum對應(yīng) Physical Maximum 0100 01 nn Unit Exponent 0101 01 nn 定義數(shù)值是基于

30、10的指數(shù) Unit 0110 01 nn 單位 Report Size 0111 01 nn 指定報表數(shù)據(jù)區(qū)域所包含的位數(shù)（=8） Report ID 1000 01 nn 報表ID，該項目在報表中插入一個字節(jié)的報表ID Report Count 1001 01 nn 報表中數(shù)據(jù)域的數(shù)目 (=2) Push 1010 01 nn 將Global項目狀態(tài)表送入堆棧 Pop 1011 01 nn 從堆?；謴?fù)Global項目狀態(tài)表 1100 01 nn – 1111 01 nn 保留 Local 類項目（10） Usage 0000

31、10 nn 用法索引值，表示對項目或集合建議的用法，用于當(dāng)一個項目描述多個控制，對每一個變量和數(shù)組元素都有建議的用法（09h,A7h） Usage Minimum 0001 10 nn 定義陣列或位圖中控制操作的第一個和最后一個用法 Usage Maximum 0010 10 nn Designator Index 0011 10 nn 確定用于控制的實體，指向物理描述符中的目標(biāo) Designator Minimum 0100 10 nn 定義陣列或位圖目標(biāo)的起始和終止索引值 Designator Maximum 0101 10 nn String Index

32、 0111 10 nn 確定字符串描述符中的索引值 String Minimum 1000 10 nn 定義用于陣列或位圖控制中字符串序列索引值的最小值和最大值 String Maximum 1001 10 nn Delimiter 1010 10 nn 定義一組Local項目的開始和結(jié)束，1=開始，0=結(jié)束 1010 10 nn – 1111 10 nn 保留 在這些項目中，Usage Page用來指定設(shè)備的功能，而Usage項目用來指定個別報表的功能。Usage Page項目相當(dāng)于是HID的子集合，Usage相當(dāng)于是Usage Page的子集合。

33、 2. 報表描述符的項目 （1）Input、Outpot和Feature項目 這3個項目用來定義報表中的數(shù)據(jù)字段。 Input項目可以應(yīng)用到任何控制、計數(shù)器讀數(shù)或其他設(shè)備傳給主機的信息。一個輸入報表包含一個或多個Input項目，主機使用中斷輸入傳輸來請求輸入報表。 Ouput項目用來定義主機傳送給設(shè)備的信息。一個輸出報表包含一個或多個Outpot項目。輸出報表包含控制狀態(tài)的數(shù)據(jù)。如果有中斷輸出管道，HID1.1兼容主機使用中斷輸出傳輸來傳送輸出報表，否則使用Set_Report控制請求。 Feature項目應(yīng)用到主機傳送給設(shè)備的信息，或是主機從設(shè)備讀取Feature項目。一個特征報表

34、包含一個或多個Feature項目，F(xiàn)eature項目通常是包合影響設(shè)備與其組件整體行為的配置。特征報表通常是控制可以使用實際的控制面板調(diào)整的設(shè)置，例如主機可以使用虛擬控制面板來讓用戶選擇控制特征。主機使用 Set_Report與Get_Report請求來傳送與接收特征報表。 在每一個Input、Output和Feature項目的前綴字之后是32位描述數(shù)據(jù)，目前最多定義了9個位，余的位則是保留。位0~8的定義中只有位7不能應(yīng)用于Input項目，除此之外其他的位定義都適應(yīng)于Input、Output和Feature項目。 表8-5 Input、Output和Feature項目的數(shù)據(jù)項說明

35、 數(shù)據(jù)字段 含義說明 位 值 名稱 0 0 Data 數(shù)據(jù)：表示項目的內(nèi)容是可更改的（讀/寫）。 1 Constant 常數(shù)：表示項目的內(nèi)容是不可更改的（只讀）。 1 0 Array 數(shù)組：報告全部控制的狀態(tài)。如在鍵盤報表中每一個鍵在報表中占一位，報表傳輸全部鍵的狀態(tài)，可以同時按下任意多個鍵。 1 Variable 變量：報告作用中的控制。如在鍵盤報表中只報告按下的鍵的編號，可以同時按下的鍵的數(shù)目等于報表的計數(shù)（Global類項目Report Count） 2 0 Absolute 絕對：表示數(shù)值以一個固定值為基準(zhǔn)。游戲桿通常是報告絕對數(shù)據(jù)（游戲桿目

36、前的位置）。 1 Relative 相對：表示數(shù)據(jù)的改變以上一個讀數(shù)為基準(zhǔn)。鼠標(biāo)通常是報告相對數(shù)據(jù)（鼠標(biāo)的移動位置）。 3 ① 0 No Wrap 如果設(shè)置為1表示回轉(zhuǎn)，當(dāng)數(shù)值超過最小值到最大值的范圍時將回轉(zhuǎn)，如果最小值是0而最大值是10，超過最大值的下一個數(shù)值是0。 1 Wrap 4 ① 0 Linear 線形：表示測量的數(shù)據(jù)與報表的數(shù)據(jù)有線性的關(guān)系。 1 Non-Linear 非線性：表示測量的數(shù)據(jù)與報表的數(shù)據(jù)沒有線性的關(guān)系。 5 ① 0 Preferred 優(yōu)選狀態(tài)：表示控制在沒有用戶交互時會回到一個特定的狀態(tài)。如按鈕就有優(yōu)選狀態(tài)，在無操作

37、時保持未按下的狀態(tài)。 1 Non-Preferred 非優(yōu)選狀態(tài)：它維持在上一個用戶選擇的狀態(tài)。如交替的開關(guān)就沒有優(yōu)選狀態(tài)。 6 ① 0 No Null Position 無空狀態(tài)位置：表示控制永遠(yuǎn)在傳送有效的數(shù)據(jù)。 1 Null State 空狀態(tài)：表示控制支持一個沒有傳送有效數(shù)據(jù)的狀態(tài)。如操縱桿可能具有一個多方向的按鈕開關(guān)，在沒有按下時在空狀態(tài)，這時控制將傳送一個在 Logical Minimum與Logical Maximum范圍之外的數(shù)值來表示它在空狀態(tài)。 7 ② 0 Non-Volatile 不可變的：表示設(shè)備只有在主機請求時才改變數(shù)值。當(dāng)主機傳送

38、一個報表并且不要改變不可變項目時，如果該項目是定義成相對（Relative）的，數(shù)值0表示不改變數(shù)據(jù)，如果不可變項目是定義成絕對（Absolute）的，超出范圍外的數(shù)值則表示不改變數(shù)據(jù)。 1 Volatile 可變的：表示設(shè)備可以自己改變數(shù)值，并不是必須主機傳送報表要求給設(shè)備來改變數(shù)值。例如設(shè)備控制面板可以由主機軟件傳送一個報表給設(shè)備，也可以由用戶自己按設(shè)備上的實際按鈕。 8 ① 0 Bit Field 位字段：表示每一個位或是一個字節(jié)內(nèi)的一組位可以代表一份數(shù)據(jù)。 1 Buffered Bytes 緩沖字節(jié)：表示信息包含一個或多個字節(jié)，緩沖字節(jié)的報表大小必須是8。 9~

39、31位 保留 注： ①：該位不能應(yīng)用到數(shù)組。 ②：只應(yīng)用于Output和Feature項目，對于Input項目該位保留。 （2）Collection和End Collection項目 所有的報表類型都可以使用Collection與 End Collection項目來將相關(guān)的Main類型項目組成群組。這兩個項目分別用于打開和關(guān)閉集合。所有在Collection與End Collection項目之間的Main類型項目都是 Collection的一部分。 Collection有3種類型：Application、Physical與Logical，其項目的數(shù)據(jù)項的值分別為1、0和2。

40、廠商也可以自己定義Collection類型，數(shù)據(jù)項的值為80h~FFh保留給廠商定義。End Collection項目無數(shù)據(jù)項。 Application Collection包含有共同用途的項目或執(zhí)行單一功能的項目。例如鍵盤的開機描述符將鍵盤的按鍵與LED指示燈數(shù)據(jù)集合成一個Application Collection。所有的報表必須在一個Application Collection內(nèi)。 Physical Collection包含在一個單一幾何點上的數(shù)據(jù)項目，可以將每個位置的數(shù)據(jù)集合成一個 Physical Collection。在設(shè)備報告多個傳感器的位置的時候，使用Physical Co

41、llection指明不同的數(shù)據(jù)來自不同的傳感器。 Logical Collection形成一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，包含由 Collection所連結(jié)的不同類型的項目。例如數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的內(nèi)容以及緩沖區(qū)內(nèi)字節(jié)數(shù)目的計數(shù)。 （3）Usage Page和Usage項目 Usage page項目的數(shù)據(jù)部分為1~2個字節(jié)，目前的定義全部都是一個字節(jié)。Usage Page定義了常用的設(shè)備功能，關(guān)于Usage Page（以及其他項目）的具體定義內(nèi)容，可以查閱HID Usage tables（http://www.usb.org/developers/hidpage/#Class_Definition），下表是來自H

42、ID Usage tables的Usage Page定義。 表8-6 Usage Page定義 Page ID Page Name 00 Undefined 01 Generic Desktop Controls 02 Simulation Controls 03 VR Controls 04 Sport Controls 05 Game Controls 06 Generic Device Controls 07 Keyboard/Keypad 08 LEDs 09 Button 0A Ordinal

43、 0B Telephony 0C Consumer 0D Digitizer 0E Reserved 0F PID Page 10 Unicode 11-13 Reserved 14 Alphanumeric Display 15-3f Reserved 40 Medical Instruments 41-7F Reserved 80-83 Monitor pages 84-87 Power pages 88-8B Reserved 8C Bar Code Scanner page 8D Scale pa

44、ge 8E Magnetic Stripe Reading (MSR) Devices 8F Reserved Point of Sale pages 90 Camera Control Page 91 Arcade Page 92-FEFF Reserved FF00-FFFF Vendor-defined 關(guān)于Usage Page的每一個有效定義項，都有一個相應(yīng)的下一級定義，如Usage Page的數(shù)據(jù)項數(shù)值為1，則設(shè)備定義為Generic Desktop Controls，關(guān)于該類設(shè)備的具體功能可以在HID Usage Tables中查到具體的定義。下

45、表是HID Usage Tables中對Generic Desktop Controls設(shè)備的功能定義。 表8-7 Generic Desktop Controls 用法定義 Usage ID Usage Name Usage Type 參閱HID Usage Tables中的相關(guān)章節(jié) 00 Undefined 01 Pointer CP 4.1 02 Mouse CA 03 Reserved 04 Joystick CA 4.1 05 Game Pad CA 06 Keyboard CA 07 Keypad

46、CA 08 Multi-axis Controller CA 09 Tablet PC System Controls CA 0A-2F Reserved 30 X DV 4.2 31 Y DV 32 Z DV 33 Rx DV 34 Ry DV 35 Rz DV 36 Slider DV 4.3 37 Dial DV 38 Wheel DV 39 Hat switch DV 3A Counted Buffer CL 4.6 3B Byte Count DV 3C Motion Wakeu

47、p OSC 4.3 3D Start OOC 3E Select OOC 3F Reserved 40 Vx DV 4.3.1 41 Vy DV 42 Vz DV 43 Vbrx DV 44 Vbry DV 45 Vbrz DV 46 Vno DV 47 Feature Notification DV,DF 4.8 48 Resolution Multiplier DV 49-7F Reserved 80 System Control CA 4.5 81 System Power

48、Down OSC 82 System Sleep OSC 4.5.1 83 System Wake Up OSC 84 System Context Menu OSC 4.5 85 System Main Menu OSC 86 System App Menu OSC 87 System Menu Help OSC 88 System Menu Exit OSC 89 System Menu Select OSC 8A System Menu Right RTC 8B System Menu Left RTC 8C Syst

49、em Menu Up RTC 8D System Menu Down RTC 8E System Cold Restart OSC 4.5.1 8F System Warm Restart OSC 90 D-pad Up OOC 4.7 91 D-pad Down OOC 92 D-pad Right OOC 93 D-pad Left OOC 94-9F Reserved A0 System Dock OSC 4.5.1 A1 System Undock OSC A2 System Setup OSC A3

50、 System Break OSC 4.9 A4 System Debugger Break OSC A5 Application Break OSC A6 Application Debugger Break OSC A7 System Speaker Mute OSC 4.5.1 A8 System Hibernate OSC A9-AF Reserved B0 System Display Invert OSC 4.10 B1 System Display Internal OSC B2 System Display E

51、xternal OSC B3 System Display Both OSC B4 System Display Dual OSC B5 System Display Toggle Int/Ext OSC B6 System Display Swap Primary/Secondary OSC B7 System Display LCD Autoscale OSC B8-FFFF Reserved 用法（Usage）定義了各種各樣設(shè)備特性，對于Usage Page的每一項都定義了常用的各種用法。 用法說明了3種信息，即控制、集合和數(shù)據(jù)。控制說

52、明設(shè)備的狀態(tài)，如on/off、Enable/Disable等。集合說明控制和數(shù)據(jù)的組合關(guān)系。 上表中的用法類型（Usage Type）描述了應(yīng)用程序如何處理由Main類型項目生成的數(shù)據(jù)，具體的定義和詳細(xì)說明請參閱HID Usage Tables。 （4）Report ID項目 Report ID放在信息包中報表數(shù)據(jù)之前，設(shè)備可以支持多個相同類型的報表，每一個報表包含不同的數(shù)據(jù)與其特有的ID。 在報表描述符中，Report ID項目作用于其后續(xù)所有的項目，直到遇到下一個Report ID為止。如果報表描述符中沒有Report ID項目，默認(rèn)的ID值是0，描述符不能定義一個為0的Repor

53、t ID，輸入報表、輸出報表與特征報表可以分享同一個Report ID。 在Set_Report和Get_Report請求傳輸中，主機在設(shè)置事務(wù)的 wValue字段的低字節(jié)中指定一個Report ID。在中斷傳輸中如果接口支持一個以上的 Report ID，Report ID必須是傳送報表中的第一個字節(jié)。如果接口只支持?jǐn)?shù)值為0的默認(rèn)Report ID，此Report ID不應(yīng)該在中斷傳輸中隨著報表一起傳送。 （5）Logical Minimum和Logical Maximum項目 Logical Minimum與 Logical Maximum項目定義報表的變量（Variable）或陣列

54、（Array）數(shù)據(jù)的限制范圍，此限制范圍以邏輯單位來表示。例如設(shè)備報表的一個電流值讀數(shù)是500mA，而一個單位是2mA，則 Logical Maximum值等于250。 負(fù)數(shù)值以2的補碼來表示。如果Logical Minimum與Logical Maximum都是正數(shù)，就不需要有正負(fù)號位。不管 Logical Minimum與Logical Maximum是以有正負(fù)號或是無正負(fù)號的數(shù)值來表示，設(shè)備都可以正確地傳輸數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的接收者必須知道數(shù)據(jù)是否可以是負(fù)值。 （5）Physical Minimum和Physical Maximum項目 Physical Minimum和Physical

55、Maximum項目定義數(shù)值的限制范圍，該限制范圍使用Unit項目定義的單位來表示。上例中設(shè)備報表的一個電流值讀數(shù)是500mA，單位是2mA， Logical Maximum值等于250，而Physical Maximum值是500。 Logical Minimum與 Logical Maximum值說明了設(shè)備返回數(shù)值的邊界，可以根據(jù)Physical Minimum和Physical Maximum值對數(shù)據(jù)進(jìn)行偏移和比例變換。 （6）Unit Exponent項目 Unit Exponent項目定義了在使用邏輯范圍和實際范圍將設(shè)備的返回數(shù)值轉(zhuǎn)換成實際數(shù)值時，使用10的多少次方對數(shù)值進(jìn)行定標(biāo)

56、。Unit Exponent的值的編碼為4位補碼，代表10的指數(shù)范圍是-8~+7。 表8-8 Unit Exponent 數(shù)值表 代碼 00h 01h 02h 03h 04h 05h 06h 07h 08h 09h 0Ah 0Bh 0Ch 0Dh 0Eh 0FH 數(shù)值 0 1 2 3 4 5 6 7 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 根據(jù)以上5個項目的值可以換算出報表傳送數(shù)據(jù)（邏輯數(shù)據(jù)）與物理數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。 物理數(shù)據(jù)值 = 邏輯數(shù)據(jù)值÷分辨率 分辨率 = （LogicalMaximum

57、 - LogicalMinimum）÷ （（PhysicalMaximum - PhysicalMinimum）×10UnitExponent） （7）Unit項目 Unit項目指定報表數(shù)據(jù)在使用Physical與Unit Exponent項目轉(zhuǎn)換后使用什么度量單位，以及單位的冪指數(shù)值。Unit的數(shù)值部分可以長達(dá)4字節(jié)，按照4位為一段分段，可以分為8個半字節(jié)段，由高到低分別為半字節(jié)7、半字節(jié)6、…、半字節(jié)0。每一個半字節(jié)對應(yīng)不同的基本單位，其數(shù)值表示單位的指數(shù)值，采用4位2的補碼表示，取值范圍是-8~+7之間。 從半字節(jié)0~6由下表給出了具體的定義，其中半字節(jié)0表示測量系統(tǒng)，半字節(jié)

58、7保留。例如在半字節(jié)0數(shù)值為1（表示采用線性公制測量系統(tǒng)）的條件下，半字節(jié)1表示長度（單位為厘米），如果其數(shù)值為1表示厘米，數(shù)值為2表示（厘米）2，成為面積單位。半字節(jié)3表示時間（單位為秒），如果其數(shù)值為-2，表示（秒）-2。 表8-9 Unit 單位的定義 半字節(jié) 序號 測量 項目 數(shù)值含義 0 1 2 3 4 0 測量系統(tǒng) 無 線性、公制 角度、公制 線性、英制 角度、英制 1 長度 厘米 半徑 英寸 度 2 質(zhì)量 克 石拉（slug） 3 時間 秒 4 溫度 開式度（Kelvin） 華式度 5 電流 安培

59、 6 亮度 燭光 7 保留 雖然表中只是定義了有限的基本單位，但可以通過這些基本單位的組合派生出大多數(shù)其它的常用單位。 例如報表使用一個字節(jié)傳送一個從-20到110華氏度溫度值，可以定義以下報表描述項目： Logical Minimum = -128 Logical Maximum = 127 Physical Minimum = -20 Physical Maximum = 110 Unit Exponent = 0 Unit = 30003h Unit的半字節(jié)0=3選擇英制線性測量系統(tǒng)，半字節(jié)4=3選擇華氏溫度單位。 130（110+20）華氏度的數(shù)值范

60、圍線性分布到了256和有效數(shù)值區(qū)域，每一位相當(dāng)于0.51華氏度，這樣就提高了分辨率。 （8）Report Size和Report Count項目 Report Size項目指定Input、Output與Feature項目字段的大小，以位為單位。 Report Count項目指定Input、Output與Feature項目包含的字段數(shù)目。 例如兩個8位的字段，Report Size等于8，而Report Count等于2。8個1位的字段，Report Size等于1，而 Report Count等于8。 Input、Output與Feature項目報表可以有多個項目，每一個項目可以有自

61、己的Report Size和Report Count項目。 （9）Push和Pop項目 Push項目將一個Global項目狀態(tài)表格的副本壓入CPU的堆棧內(nèi)。GIobal項目狀態(tài)表格包含所有之前定義的Gobal項目的目前設(shè)置。 Pop項目恢復(fù)之前壓入堆棧的Global項目狀態(tài)的儲存狀態(tài)。 （10）Usage、Usage Minimum和Usage Maximum項目 這3個項目輸入Local類型項目。 Usage項目和Global類型的Usage Page項目協(xié)同描述項目或集合的功能。 一個報表可以指定一個Usage給許多個控制，或是指定不同的Usage給每一個控制。如果一個報表項

62、目之前有一個Usage，此Usage應(yīng)用到該項目的所有控制。如果一個報表項目之前有一個以上的Usage，每一個Usage應(yīng)用到一個控制，Usage與控制是按順序結(jié)合的。 例如下面報表描述符的一個局部，報表含有2個輸入字節(jié)，第一個字節(jié)的用法是x，第2個字節(jié)是y。 Report Size (8) Report Count (2) Usage (x) Usage (y) Input (Data, Variable, Absolute) 如果一個報表項目之前有一個以上的Usage，而且控制的數(shù)目多于Usage的數(shù)目，每一個Usage與一個控制對應(yīng)，最后一個Usage則應(yīng)用到

63、所有剩余的控制。 例如在下面報表包含16個字節(jié)輸入數(shù)據(jù)，第一個字節(jié)對應(yīng)用法x，第2個字節(jié)對應(yīng)用法y，剩余的14個字節(jié)對應(yīng)廠商定義的用法。 Usage (x) Usage (y) Usage (Vendor defined) Report Size (8) Report Count (16) Input (Data, Variable, Absolute) Usage Minimum和Usage Maximum可以指定一個 Usage給多個控制或是數(shù)組項目。將從Usage Minimum到Usgae Maximun定義的用法順序?qū)?yīng)到多個控制中。 例如在一個鍵盤描

64、述符中定義的標(biāo)準(zhǔn)鍵盤的左、右修飾鍵的輸入項目中，使用一個字節(jié)的8位分別輸入鍵盤的左、右Ctrl鍵、Shift鍵、Alt鍵和GUI鍵，從HID Usage tables文檔中的第10節(jié)可以查到關(guān)于鍵盤用法的定義，其中上述8個修飾鍵的用法定義值為224到231。以下是報表描述符的修飾鍵部分描述。 Usage Page (1) ; 1 = Generic Desktop Controls Usage (6) ; 6 = Keyboard Collection (1) ; 1 = Application Usage Page (7) ; 7 = Keyboard/

65、Keypad Usage Minimum (224) Usage Maximum (231) Logical Minimum (0) Logical Maximum (1) Report Size (1) Report Count (8) Input (Data, Variable, Absolute) …… 8.3 USB接口的鍵盤描述符范例 下面作為一個例子，介紹一個USB接口的101鍵盤的全部描述符。該鍵盤固件部分由一個微處理器實現(xiàn)全部控制功能，下面列出的代碼為微處理器匯編實現(xiàn)描述符定義。 8.3.1 設(shè)備的描述符 設(shè)備描述符的代碼如

66、下。 ;========================================= ; Device descriptor 設(shè)備描述符 ;========================================= DEVICE_DESC_DATA: DB 0x12 ; bLength = 18，該描述符長度為18字節(jié) DB 0x01 ; bDescriptorType = 01，表明是設(shè)備描述符 DB 0x10, 0x01 ; bcdUSB，USB設(shè)備版本號=1.1 DB 0x00 ; DeviceClass，設(shè)備類碼，HID設(shè)備為0，類別在接口描述符中定義 DB 0X00 ; DeviceSubClass，設(shè)備子類碼，DeviceClass為0時該字段必須為0 DB 0X00 ; bDevicePortocol，協(xié)議碼，DeviceClass為0時該字段必須為0 DB 0x08 ; bMaxPacketSize0，端點0的最大包尺寸 DB 0xFF, 0xFF ; bVendor，廠商ID，由USB實現(xiàn)者論壇確定的