基于HID協(xié)議的USB人機交互設備的接口設計

目前市場(chǎng)上USB設備的種類(lèi)繁多，但是這些設備會(huì )有一些共同的特性，根據這些特性可以把USB設備劃分為不同的類(lèi)，如顯示設備、通信設備、音頻設備、大容量存儲設備、人機接口設備(HID)。這里介紹如何實(shí)現HID類(lèi)設備，以及如何在應用程序中對HID類(lèi)設備進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。從Windows98操作系統開(kāi)始，為HID類(lèi)設備提供了通用的驅動(dòng)程序，所以只要按照HID設備類(lèi)的規范編寫(xiě)設備的固件程序，就能夠讓W(xué)indows系統自動(dòng)識別設備，省去了復雜的驅動(dòng)程序編寫(xiě)過(guò)程。

　　1 HID協(xié)議簡(jiǎn)介

　　人機接口設備(HID)主要是指一些人與計算機進(jìn)行交互的設備，如鍵盤(pán)、鼠標、游戲桿等;但是HID設備不一定非要是這些人機交互設備，只要符合HID設備級定義規范要求的都可以認為是HID設備。HID設備有以下主要特點(diǎn)：

　?、?交換的數據存儲在報告的結構內，設備必須支持HID報告格式。

　?、?每筆事務(wù)可以攜帶小量或中量的數據。低速設備每筆事務(wù)最大為8字節，全速設備每筆最大為64字節，高速設備最大為1 024字節;

　?、?有最大傳輸速度的限制。低速設備最快10ms一筆事務(wù)，最高速度為800 B/s;全速設備最快1 ms一筆事務(wù)，最高速度為64 KB/s;高速設備最快125 μs一筆事務(wù)，最高速度為24.576 MB/s。

　?、?沒(méi)有傳輸速度的保證。

　　當插入USB設備后，主機會(huì )向設備請求各種描述符來(lái)識別設備。為了把一個(gè)設備識別為HID類(lèi)別，設備在定義描述符的時(shí)候必須遵守HID規范。圖1顯示了HID各種描述符之間的關(guān)系。事實(shí)上，每個(gè)設備可以有多個(gè)接口描述符來(lái)實(shí)現多接口設備，而且每個(gè)接口描述符下應該有多個(gè)端點(diǎn)描述符。

圖1 HID各種描述符之間的關(guān)系

　　從圖1中可以看出，除了USB標準定義的一些描述符外，HID設備還必須定義HID描述符。另外設備和主機的通信是通過(guò)報告的形式來(lái)實(shí)現的，所以還必須定義報告描述符;而物理描述符不是必需的。還有就是HID描述符是關(guān)聯(lián)于接口(而不是端點(diǎn))的，所以設備不需要為每個(gè)端點(diǎn)都提供一個(gè)HID描述符。

　　USB設備有4種傳輸方式與主機進(jìn)行通信： 控制方式、中斷方式、批量方式和同步方式。每種方式都有它的應用領(lǐng)域。HID只支持控制和中斷傳輸方式。如圖2所示，HID設備必須要有默認的控制管道和一個(gè)中斷輸入端點(diǎn);中斷輸出端點(diǎn)是可選的。

圖2 HID類(lèi)設備使用控制和中斷傳輸方式

　　中斷輸出傳輸是USB1.1規范才有的內容，且必須獲得Windows系統的支持。從Windows98 SE版本開(kāi)始才支持中斷輸出傳輸方式，所以如果需要中斷輸出傳輸方式的設備應該選擇相應的操作系統。表1列出了傳輸類(lèi)型和相關(guān)情況。

表1 HID類(lèi)設備支持的傳輸方式傳輸