USB协议详解

USB HID介绍HID是一种USB通信协议，无需安装驱动就能进行交互，在学习HID之前，先来复习一下USB 协议的相关内容。

USB设备描述符－概述当插入USB设备后，主机会向设备请求各种描述符来识别设备。

那什么是设备描述符呢？Descriptor即描述符，是一个完整的数据结构，可以通过C语言等编程实现，并存储在USB 设备中，用于描述一个USB设备的所有属性，USB主机是通过一系列命令来要求设备发送这些信息的。

描述符的作用就是通过命令操作来给主机传递信息，从而让主机知道设备具有什么功能、属于哪一类设备、要占用多少带宽、使用哪类传输方式及数据量的大小，只有主机确定了这些信息之后，设备才能真正开始工作。

USB有那些标准描述符？USB有5种标准描述符：设备描述符、配置描述符、字符描述符、接口描述符、端点描述符。

描述符之间有一定的关系，一个设备只有一个设备描述符，而一个设备描述符可以包含多个配置描述符，而一个配置描述符可以包含多个接口描述符，一个接口使用了几个端点，就有几个端点描述符。

由此我们可以看出，USB的描述符之间的关系是一层一层的，最上一层是设备描述符，下面是配置描述符，再下面是接口描述符，再下面是端点描述符。

在获取描述符时，先获取设备描述符，然后再获取配置描述符，根据配置描述符中的配置集合长度，一次将配置描述符、接口描述符、端点描述符一起一次读回。

其中可能还会有获取设备序列号，厂商字符串，产品字符串等。

设备描述符struct _DEVICE_DEscriptOR_STRUCT{BYTE bLength; //设备描述符的字节数大小BYTE bDescriptorType; //描述符类型编号，为0x01WORD bcdUSB; //USB版本号BYTE bDeviceClass; //USB分配的设备类代码，0x01~0xfe为标准设备类，0xff为厂商自定义类型，0x00不是在设备描述符中定义的，如HIDBYTE bDeviceSubClass; //usb分配的子类代码，同上，值由USB规定和分配的，HID 设备此值为0BYTE bDeviceProtocl; //USB分配的设备协议代码，同上HID设备此值为0BYTE bMaxPacketSize0; //端点0的最大包的大小WORD idVendor; //厂商编号WORD idProduct; //产品编号WORD bcdDevice; //设备出厂编号BYTE iManufacturer; //描述厂商字符串的索引BYTE iProduct; //描述产品字符串的索引BYTE iSerialNumber; //描述设备序列号字符串的索引BYTE bNumConfiguration; //可能的配置数量}配置描述符struct _CONFIGURATION_DEscriptOR_STRUCT{BYTE bLength; //配置描述符的字节数大小BYTE bDescriptorType; //描述符类型编号，为0x02WORD wTotalLength; //配置所返回的所有数量的大小BYTE bNumInterface; //此配置所支持的接口数量BYTE bConfigurationVale; //Set_Configuration命令需要的参数值BYTE iConfiguration; //描述该配置的字符串的索引值BYTE bmAttribute; //供电模式的选择BYTE MaxPower; //设备从总线提取的最大电流}字符描述符struct _STRING_DEscriptOR_STRUCT{BYTE bLength; //字符串描述符的字节数大小BYTE bDescriptorType; //描述符类型编号，为0x03BYTE SomeDescriptor[36]; //UNICODE编码的字符串}接口描述符struct _INTERFACE_DEscriptOR_STRUCT{BYTE bLength; //接口描述符的字节数大小BYTE bDescriptorType; //描述符类型编号，为0x04BYTE bInterfaceNunber; //接口的编号BYTE bAlternateSetting;//备用的接口描述符编号BYTE bNumEndpoints; //该接口使用端点数，不包括端点0BYTE bInterfaceClass; //接口类型 HID设备此值为0x03BYTE bInterfaceSubClass;//接口子类型 HID设备此值为0或者1BYTE bInterfaceProtocol;//接口所遵循的协议BYTE iInterface; //描述该接口的字符串索引值}端点描述符struct _ENDPOIN_DEscriptOR_STRUCT{BYTE bLength; //端点描述符的字节数大小BYTE bDescriptorType; //描述符类型编号，为0x05BYTE bEndpointAddress; //端点地址及输入输出属性BYTE bmAttribute; //端点的传输类型属性WORD wMaxPacketSize; //端点收、发的最大包的大小BYTE bInterval; //主机查询端点的时间间隔}HID设备描述符温习了以上内容，我们再来看看HID协议与这些描述符之间的关系。

当插入USB设备后，主机会向设备请求各种描述符来识别设备。

为了把一个设备识别为HID类别，设备在定义描述符的时候必须遵守HID规范。

从框图中，可以看出除了USB标准定义的一些描述符外，HID设备还必须定义HID描述符。

报告描述符报告描述符比较复杂，它是以item形式排列组合而成，无固定长途，用户可以自定义长度以及每一bit的含义。

item类型分三种：main，global和local，其中main类型又可分为5种tag：项目分成三种类别：主项目，全局项目，区域项目。

主项目中的input,ouput,feature三个卷标用来表示报告中数据的种类，这些是报告描述符中最主要的项目，其他项目都是用来修饰这三种项目。

主要项目中其他二个卷标后面再作详细的介绍。

>> Input 项：表示设备操作输入到主机的数据模式。

这个数据格式就形成一个输入报告，虽然输入报告可以用控制型管线以get report（input）来传输，但是通常用中断型输入管线来传输以确保在每一固定周期内都能将更新的输入报告传给主机。

>> Output 项：表示由主机输出到装置操作的数据格式。

这个数据格式就形成一个输出报告。

输出报告通常不适用轮询的方式来传送给设备，而是由应用软件依实际需求以传令方式要求送出输出报告，所以大多用控制型管线以set report(output)指令来将报告送到设备。

当然也可以选择用中断型输出管线来传送，只是通常不建议这样用。

>> Feature 项：表示由主机送到设备的组态所需数据的数据格式。

这个数据模式就形成一个特征报告。

特征报告只能用控制型管线以get report(feature)和set report(feature)指令分别来取得和设定设备的特征值主项目用来定义报告中数据的种类和格式，而说明主项目之意义与用途为全局项目和区域项目。

顾名思义，区域性项目只能适用于列于其下的第一个主项目，不适用于其他主项目，若一个主项目之上有几个不同的卷标的区域性项目，则这些区域性项目皆适用于描述该主项目。

相反，全局性项目适用于其下方的所有主项目，除非另一个相同卷标的全局性项目出现Report descriptors are composed of pieces of information. Each piece of information is called an Item.报告描述符由一些数据片组成。

这些数据片被叫做Item。

All items have a one-byte prefix that contains the item tag, item type, and item size.每一个Item都包含一个字节的前缀，这个前缀中包含了三个信息--item tag,、item type、item size。

An item may include optional item data。

Item可以包含一个可选的数据段。

The size of the data portion of an item is determined by its fundamental type. Item的数据部分的长度取决于Item的基本类型。

There are two basic types of items: short items and long items.Item有两种基本类型：short items and long item。

There are three categories of short item tags: Main, Global, and Local.short item 的item tags 有三种类型：Main, Global, and Local.Main items： </center>Main items are used to either define or group certain types of data fields within a Report descriptor. There are two types of Main items: data and non-data. Data-type Main items are used to create a field within a report and include Input, Output, and Feature. Other items do not create fields and are subsequently referred to asnon-data Main items.好了，到此我们应该可以对照实际应用的报告描述符，寻找其中的Main items了。

至此我们已经可以明白报告描述符中的几个MAIN Item的意义，接下来继续看Global Item 和Local Item.Global Item： </center>Global items describe rather than define data from a control. A new Main item assumes the characteristics of the item state table. Global items can change the state table. As a result Global item tags apply to all subsequently defined items unless overridden by another Global item.(原文件名:Global Item.jpg)至此我们已经可以明白报告描述符中的几个Global Item的意义Local Item： </center>Local item tags define characteristics of controls. These items do not carry over to the next Main item. If a Main item defines more than one control, it may be preceded by several similar Local item tags. For example, an Input item may have severalUsage tags associated with it, one for each control.item的数据格式有两种，分别是短item和长item。