基于Wave Panel的HID設備通訊接口設計

　　引 言

　　HID（Human Interface Device，人機接口設備）是一類(lèi)低速USB 設備，典型的HID 設備有鍵盤(pán)。鼠標。游戲桿等。相對于U 盤(pán)。打印機等高速USB 設備，HID 設備具有使用方便。響應迅速。研發(fā)成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，其應用領(lǐng)域十分廣泛。當前HID 設備正在向專(zhuān)用化方向快速發(fā)展 。

　　Wave Panel 是蘋(píng)果公司研發(fā)的視頻色彩編輯軟件Color 支持一型專(zhuān)用的數據輸入和顯示HID 設備，該設備面板上設置有按鍵。解碼器和二維跟蹤球三種控制器，能夠快捷。精確地對各類(lèi)視頻色彩參數進(jìn)行設置，并將控制和狀態(tài)信息同步顯示在設備微型顯示屏上，從而改變了傳統“鼠標+鍵盤(pán)”的視頻編輯軟件控制方式.Wave Panel 沒(méi)有提供Windows 環(huán)境下與應用程序通訊的功能，因此可基于Wave Panel 設計一個(gè)功能完備。通用性強的通訊接口，并加以驗證。這對企業(yè)和科研機構根據實(shí)際需求靈活地配備和控制專(zhuān)用HID 設備有很大幫助。

　　1 Wave Panel 的性能特征

　　HID 設備除滿(mǎn)足USB 標準外，還具備一些與人機交互密切相關(guān)的特點(diǎn)，主要包括：

　　1）通常使用控制方式或中斷方式通訊。兩種傳輸方式的區別在于控制方式適用于對延遲沒(méi)有特別限制的數據，而中斷方式適用于低延遲。周期性的數據 .Wave Panel 的數據傳輸方式為中斷方式。

　　2）單次傳輸的數據量小，且這些數據以狀態(tài)變化信息或控制信息為主。其中低速HID 設備單次傳輸數據最大為8 字節，全速設備為64 字節，高速設備為1024 字節。主機與HID 設備交換的數據存儲在報表（Report）結構內 。

　　Wave Panel 的輸入報表長(cháng)度為27 字節，其中0 字節用于記錄報表ID，1 ~ 6 字節的前41 比特分別記錄41 個(gè)按鍵的按下或抬起狀態(tài)，另有7 比特未用，置為0;7 ~19 字節分別記錄13 個(gè)解碼器的狀態(tài)；20 ~25 字節每2 字節分別記錄一個(gè)二維跟蹤球X 軸和Y 軸的狀態(tài)；26 字節留作固件升級使用.Wave Panel 的輸出報表長(cháng)度為41 字節，其中0 ~ 5 字節為控制命令，6 ~ 40字節為顯示信息的字符。

　　3）使用輪詢(xún)方式檢測設備狀態(tài)變化情況.HID 設備可能在任何時(shí)刻向主機發(fā)送數據，例如鼠標發(fā)生移動(dòng)或鍵盤(pán)有按鍵按下。所以HID 設備會(huì )在一個(gè)固定的時(shí)間間隔內輪詢(xún)各控制口一次，當發(fā)現設備狀態(tài)有變化時(shí)生成輸入報表發(fā)送給主機 。但輪詢(xún)的間隔時(shí)間要由用戶(hù)對HID 設備的操作速度決定。如果間隔時(shí)間過(guò)小，則用戶(hù)來(lái)不及在兩次輪詢(xún)間隔內完成一次操作；反之，又會(huì )使HID 設備的響應速度無(wú)法與用戶(hù)的操作速度匹配，造成延遲 。

　　Wave Panel 規定，每40 毫秒對所有控制器端口輪詢(xún)一次，若其中任何一個(gè)控制器的狀態(tài)在兩次輪詢(xún)間隔內發(fā)生改變，就會(huì )在下次輪詢(xún)前生成輸入報表發(fā)送給主機.40 毫秒是基于視頻每幀顯示時(shí)間而確定的。

　　2 HID 設備的通訊過(guò)程

　　HID 設備是Windows 操作系統最早支持的USB設備。在Windows 98 及以后的各版本中都已內置了HID 設備的驅動(dòng)程序，主機與HID 設備通訊時(shí)無(wú)須再編寫(xiě)專(zhuān)門(mén)的驅動(dòng)程序。這就簡(jiǎn)化了HID 設備與主機應用程序通訊接口的設計和研發(fā)。

　　通過(guò)分析，可以將HID 設備與主機應用程序的通訊劃分為設備識別和打開(kāi)。讀報表。寫(xiě)報表和設備關(guān)閉四個(gè)模塊。

　　2. 1 Wave Panel 的識別和打開(kāi)

　　HID 設備連接到主機后，以廠(chǎng)商ID（VID）。產(chǎn)品ID（PID）和產(chǎn)品版本號（PVN）三項屬性值的組合作為設備唯一標識.Wave Panel 的三項屬性值可以從產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)直接獲取。由于一臺主機可能同時(shí)連接有多臺HID 設備，所以在通訊前應用程序必須要識別并打開(kāi)Wave Panel，這一過(guò)程需要調用多個(gè)Windows API函數實(shí)現?；痉椒ㄊ鞘紫全@取當前與主機連接的所有HID 設備信息的集合，然后逐一枚舉集合中的各設備，并比較VID.PID 和PVN 值。當三項屬性值都與Wave Panel 相等時(shí)表示已經(jīng)找到，調用CreateFile（）將該Wave Panel 打開(kāi)，并保存Wave Panel 設備句柄。該模塊的流程如圖1 所示。

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