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1、第8章 USB接口HID设备 183第8章 USB接接口HIID设备备HID（HHumaan IInteerfaace Devvicee，人机机接口设设备）是是USBB设备中中常用的的设备类类型，是是直接与与人交互互的USSB设备备，例如如键盘、鼠鼠标与游游戏杆等等。在UUSB设设备中，HHID设设备的成成本较低低。另外外，HIID设备备并不一一定要有有人机交交互功能能，只要要符合HHID类类别规范范的设备备都是HHID设设备。 Wnddowss操作系系统最先先支持的的HIDD设备。在在winddowss 988以及后后来的版版本中内内置有 HIDD设备的的驱动程程序，应应用程序序可以直直接使
2、用用这些驱驱动程序序来与设设备通信信。在设计一一个USSB接口口的计算算机外部部设备时时，如果果HIDD类型的的设备可可以满足足需要，可可以将其其设计为为HIDD类型设设备，这这样可以以省去比比较复杂杂的USSB驱动动程序的的编写，直直接利用用Winndowws操作作系统对对标准的的HIDD类型UUSB设设备的支支持。8.1 HID设设备简介介8.1.1 HID设设备的特特点 交换的数数据储存存在称为为报表（RRepoort）的的结构内内，设备备的固件件必须支支持HllD报表表的格式式。主机机通过控控制和中中断传输输中的传传送和请请求报表表来传送送和接收收数据。报报表的格格式非常常灵活。 每一
3、笔事事务可以以携带小小量或中中量的数数据。低低速设备备每一笔笔事务最最大是88B，全全速设备备每一笔笔事务最最大是664B，高高速设备备每一笔笔事务最最大是110244B。一一个报表表可以使使用多笔笔事务。 设备可以以在未预预期的时时间传送送信息给给主机，例例如键盘盘的按键键或是鼠鼠标的移移动。所所以主机机会定时时轮询设设备，以以取得最最新的数数据。 HID设设备的最最大传输输速度有有限制。主主机可以以保证低低速的中中断端点点每100ms内内最多11笔事务务，每一一秒最多多是8000B。保保证全速速端点每每lmss一笔事事务，每每一秒最最多是6640000B。保保证高速速端点每每1255 us
4、s三笔事事务，每每一秒最最多是224.5576MMB。 HID设设备没有有保证的的传输速速率。如如果设备备是设置置在100ms的的时距，事事务之间间的时间间可能等等于或小小于100ms。除除非设备备是设置置在全速速时在每每个帧传传输数据据，或是是在高速速时在每每个微帧帧传输数数据。这这是最快快的轮询询速率，所所以端点点可以保保证有正正确的带带宽可供供使用。HID设设备除了了传送数数据给主主机外，它它也会从从主机接接收数据据。只要要能够符符合HllD类别别规范的的设备都都可以是是HIDD设备。设备除了了HlDD接口之之外，它它可能同同时还包包含有其其他的UUSB接接口。例例如影像像显示设设备可能
5、能使用HHID接接口来做做亮度、对对比度的的软件控控制，而而使用传传统的影影像接口口来传送送要显示示的数据据。USSB扩音音器可以以使用实实时传输输来播放放语音，同同时使用用HIDD接口来来控制音音量、低低音等。HID类类别设备备的规范范文件主主要是以以下两份份： Deviice Claass Deffiniitioon ffor Humman intterffacee Deevicces HID Usaage Tabbless其中前者者是HIID的基基本规范范文件，后后者可以以是前者者的附件件，为开开发人员员提供实实际的控控制类型型的描述述。文件件是用来来定义让让主机了了解以及及使用HHID
6、数数据的数数值。这这两份文文件是由由 USSB DDeviice Worrkinng GGrouup制定定的，可可以在网网址#CClasss_DDefiinittionn下载。8.1.2 HID设设备的硬硬件要求求HID接接口必须须符合DDeviice Claass Deffiniitioon ffor Humman intterffacee Deevicces规规范内所所定义的的HIDD类别的的需求。在在此文件件内描述述了所需需的描述述符、传传输的频频率以及及传输的的类型等等。为了了符合规规范，HHID接接口的端端点与描描述符都都必须符符合数个个要求。所有的HHID传传输都是是使用默默认控制
7、制管道或或是一个个中断管管道，HHID设设备必须须有一个个中断输输入端点点来传送送数据到到主机，中中断输出出端点则则不是必必需的。HID类别驱动程序HID类别设备主机外设默认控制管道中断管道图8-1 HID传输的传输类型表8-11 HHID设设备的传传输类型型传输类型数据来源源数据类型型是否需要管道控制设备（输输入）没有严格格时间限限制的数数据是主机（输输出）没有严格格时间限限制的数数据或是没有有中断输输出管道道时的任任何数据据中断设备（输输入）定时或低低延迟的的数据是主机（输输出）定时或低低延迟的的数据是主机与设设备之间间所交换换的数据据，可以以分成两两种类型型： 低延迟的的数据，必必须尽快
8、快地到达达目的； 配置或其其他的数数据，没没有严格格时间限限制的需需求。中断管道道是控制制管道之之外的另另一种数数据交换换的方式式，特别别适合使使用在接接收端需需要定时时或是尽尽可能及及时收到到数据的的时候。中中断输入入管道携携带数据据到主机机，中断断输出管管道则是是携带数数据到设设备。在在总线忙忙的时候候，控制制管道可可能会被被延迟，而而中断管管道保证证会有可可得到的的带宽。HHID不不需要一一定有中中断输出出管道。如如果没有有中断输输出管道道，主机机会在控控制管道道上使用用HIDD设备特特有的SSet_Repportt请求来来传送所所有的报报表。8.1.3 HID固固件的要要求主机的驱驱动
9、程序序要与HHID设设备通信信，设备备的固件件必须符符合下列列需求： 设备的描描述符必必须识别别该设备备包含有有HIDD接口。 除了默认认控制管管道外，固固件必须须另外支支持一个个中断输输入管道道。 固件必须须包含一一个报表表描述符符来定义义要传送送与接收收的设备备数据。如果要传传送数据据，固件件必须支支持Geet_RRepoort控控制传输输与中断断输入传传输。如如果要接接收数据据，固件件必须支支持Seet_RRepoort控控制传输输与选择择性的中中断输出出传输。所有的HHID数数据都必必须使用用定义过过的报表表格式来来定义报报表中数数据的大大小与内内容。设设备可以以支持一一个或多多个报表
10、表。在固固件中的的一个报报表描述述符用来来描述此此报表，以以及如何何使用报报表数据据的信息息。在每一个个报表中中的一个个数值，定定义此报报表是一一个输入入（Innputt）、输输出（OOutpput）或或是特征征（Feeatuure）报报表。主主机在输输入报表表中接收收数据，在在输出报报表中传传送数据据，特征征报表可可以在任任何方向向传递。Winddowss 988以及后后来版本本的HIID驱动动程序使使用中断断传输来来传递输输入报表表。输出出报表的的传输类类型要根根据设备备支持的的端点与与Winndowws的版版本而定定。Wiindoows 98 Golld只符符合HIID 11.0规规范，
11、它它的HIID驱动动程序使使用控制制传输来来传递输输出报表表。Wiindoows 98 SE、WWndoows 20000符合合HIDD 1.1规范范，HIID驱动动程序在在有中断断输出端端点时使使用中断断传输，否否则使用用控制传传输来传传递输出出报表。特特征报表表都是使使用控制制传输。8.2 HID设设备描述述符HID设设备连接接到USSB主机机后，主主机通过过发送GGet_Desscriiptoor请求求读取HHID设设备的描描述符，了了解描述述符对了了解USSB设备备是至关关重要的的。8.2.1 HID设设备的描描述符HID设设备除了了支持UUSB设设备的55种标准准描述符符之外，还还支
12、持HHID设设备特有有的3种种描述符符。这些些描述符符是： USB标标准描述述符：设设备、配配置、接接口、端端点和字字符串描描述符。 HID特特有的描描述符：HIDD、报表表（Reeporrt）和和实体（PPhyssicaal）描描述符。从描述符符的关联联关系看看，HIID描述述符是关关联于接接口。所所以如果果一个HHID设设备有22个端点点，设备备不需要要每个端端点有一一个HIID描述述符。图8-2 HID描述符的关联关系接口描述符Interface端点描述符EndpointHID描述符Hid报表描述符Report实体描述符PhysicalHID、报表和实体描述符是HID设备特有的描述符从前
13、面面的USSB描述述符可以以看出一一个规律律，描述述符的第第一、二二字节分分别是描描述符的的长度和和类型，描描述符的的类型字字段（bbDesscriiptoorTyype）表表明描述述符的种种类，下下表列出出了不同同描述符符的类型型字段数数值。表8-22 HHID的的描述符符类型描述符应用数值标准设备 Deevicce所有设备备必须有有，只能能一个01配置 Coonfiigurratiion所有设备备必须有有，至少少一个02字符串 Strringg可选择03接口 Innterrfacce每一个接接口一个个04端点 Enndpoointt除端点00之外的的每个端端点一个个05设备限定定 DDev
14、icce_QQuallifffierr同时支持持全速与与高速的的设备必必须有一一个06Otheer_SSpeeed_CConffiguurattionn07Inteerfaace_powwer08类别HIDHID设设备必须须有21Hub29HID特定报表 ReeporrtHID设设备必须须有22实体 Phhysiicall可选择的的23对于一个个HIDD设备，设设备描述述符与配配置描述述符没有有HIDD特定的的信息。其其设备描描述符的的bDeevicceCllasss和bDDeviiceSSubCClasss字段段的值为为0，接接口描述述符的bbIntterffaceeClaass字字段值为为
15、03，表表示设备备的该接接口是HHID类类别。在在接口描描述符中中其他包包含HIID特定定信息的的字段还还有子类类别码（bblntterffaceeSubbClaass）与与协议码码（bllnteerfaacePProttocool字段段）。在接口描描述符中中子类别别码字段段等于11表示此此设备支支持启动动接口（BBoott Innterrfacce）。如如果设备备有启动动接口，即即便主机机的HIID没有有加载驱驱动程序序，设备备也可以以使用。这这种情形形可能发发生在计计算机是是由DOOS直接接启动，在在启动时时观看系系统设置置画面或或使用WWndoows的的安全模模式时。含有启动动接口的的键盘或或鼠标可可以使用用BIOOS或许许多主机机支持的的默认简简单协议议。HIID规范范定义了了键盘与与鼠标的的启动接接口协议议。如果设备备没有启启动接口口，并且且接口描描述符中中协议码码字段是是1，表表示设备
