基于HID协议的USB人机交互设备的接口设计

文章摘要：⑥ Set_Protocol——在引导协议和报告协议间切换，设备如果支持系统引导(如键盘和鼠标)，就必须支持Get_Protocol和Set_Protocol请求。2 HID接口固件设计与实现该设备采用C8051F120微控制器和PDIUSBD12芯片来实现，如图3所示。图3 HID系统结构框图因为PDIUSBD12的主端点(Endpoint2)具有64字节的双缓冲，能够提供比较高的速度，所以在端点描述符里把它配置为中断传输方式，而Endpoint1没有使用。PDIUSBD12通过中断触发CPU来响应主机的各种请求。此系统采用的USB协议版本是1.1，所以能够支持中断输出传输。为了让主机把设备

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　　⑥ Set_Protocol——在引导协议和报告协议间切换，设备如果支持系统引导(如键盘和鼠标)，就必须支持Get_Protocol和Set_Protocol请求。

　　2 HID接口固件设计与实现

　　该设备采用C8051F120微控制器和PDIUSBD12芯片来实现，如图3所示。

图3 HID系统结构框图

　　因为PDIUSBD12的主端点(Endpoint2)具有64字节的双缓冲，能够提供比较高的速度，所以在端点描述符里把它配置为中断传输方式，而Endpoint1没有使用。PDIUSBD12通过中断触发CPU来响应主机的各种请求。

　　此系统采用的USB协议版本是1.1，所以能够支持中断输出传输。为了让主机把设备识别为HID类别，定义设备接口描述符时类别这一字段的值必须设置为0x03(HID类别)，这样主机就会继续请求获得设备的HID描述符和报告描述符。在主机Get_Descriptor请求中，当值字段的高位字节为0x21时，表示主机要求获得HID描述符;当值字段高字节为0x22时，就是主机要求获得报告描述符。对于报告描述符，可以参考HID Usage Tables规范。HID Descriptor Tool工具可以帮助建立和测试编写的报告描述符。这里定义了一个输入和输出64字节数据的报告描述符。

　　code unsigned char szReport[] = {

　　0x06,0xA0,0xFF,//用法页(FFA0h, vendor defined)

　　0x09, 0x01,//用法(vendor defined)

　　0xA1, 0x01,//集合(ApplicaTION)

　　0x09, 0x02 ,//用法(vendor defined)

　　0xA1, 0x00,//集合(Physical)

　　0x06,0xA1,0xFF,//用法页(vendor defined)

　　//输入报告

　　0x09, 0x03 ,//用法(vendor defined)

　　0x09, 0x04,//用法(vendor defined)

　　0x15, 0x80,//逻辑最小值(0x80 or -128)

　　0x25, 0x7F,//逻辑最大值(0x7F or 127)

　　0x35, 0x00,//物理最小值(0)

　　0x45,0xFF,//物理最大值(255)

　　0x75, 0x08,//报告长度Report size (8位)

　　0x95, 0x40,//报告数值(64 fields)

　　0x81, 0x02,//输入(data, variable, absolute)

　　//输出报告

　　0x09, 0x05,//用法(vendor defined)

　　0x09, 0x06,//用法(vendor defined)

　　0x15, 0x80,//逻辑最小值(0x80 or -128)

　　0x25, 0x7F,//逻辑最大值(0x7F or 127)

　　0x35, 0x00,//物理最小值(0)

　　0x45,0xFF,//物理最大值(255)

　　0x75,0x08,//报告长度(8位)

　　0x95, 0x40,//报告数值(64 fields)

　　0x91, 0x02,//输出(data, variable, absolute)

　　0xC0,//集合结束(Physical)

　　0xC0//集合结束(Application)

　　};

　　这样，后面数据的输入和输出都必须满足报告的格式才能够进行传输。

图4 应用程序枚举HID设备流程

　　3 应用程序设计实现

　　Windows为应用程序访问HID设备提供了强大的支持，有一整套对HID设备进行访问的API。应用程序要访问设备就必须先枚举到设备，图4为应用程序枚举HID设备流程。

　　枚举成功后根据返回的设备句柄，就可以用ReadFile和WriteFile来读写设备的数据了。这里采用异步方式来读写数据，这样不会发生读写时阻塞，提高了程序的效率。以下是异步方式读写设备的要点：

　　① 为了实现异步访问设备，在CreateFile打开设备时必须使用FILE_FLAG_OVERLAPPED标志。

　　② 打开设备成功后，使用CreateThread建立1个读设备线程。

　　③ 在这个线程中首先建立1个OVERLAPPED结构，并用CreateEvent函数初始化它的hEvent成员，这样就创建了1个事件对象。

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