基于HID协议的USB人机交互设备的接口设计

目前市场上USB设备的种类繁多，但是这些设备会有一些共同的特性，根据这些特性可以把USB设备划分为不同的类，如显示设备、通信设备、音频设备、大容量存储设备、人机接口设备(HID)。这里介绍如何实现HID类设备，以及如何在应用程序中对HID类设备进行访问。从Windows98操作系统开始，为HID类设备提供了通用的驱动程序，所以只要按照HID设备类的规范编写设备的固件程序，就能够让Windows系统自动识别设备，省去了复杂的驱动程序编写过程。

　　1 HID协议简介

　　人机接口设备(HID)主要是指一些人与计算机进行交互的设备，如键盘、鼠标、游戏杆等;但是HID设备不一定非要是这些人机交互设备，只要符合HID设备级定义规范要求的都可以认为是HID设备。HID设备有以下主要特点：

　　① 交换的数据存储在报告的结构内，设备必须支持HID报告格式。

　　② 每笔事务可以携带小量或中量的数据。低速设备每笔事务最大为8字节，全速设备每笔最大为64字节，高速设备最大为1 024字节;

　　③ 有最大传输速度的限制。低速设备最快10ms一笔事务，最高速度为800 B/s;全速设备最快1 ms一笔事务，最高速度为64 KB/s;高速设备最快125 μs一笔事务，最高速度为24.576 MB/s。

　　④ 没有传输速度的保证。

　　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。图1显示了HID各种描述符之间的关系。事实上，每个设备可以有多个接口描述符来实现多接口设备，而且每个接口描述符下应该有多个端点描述符。

图1 HID各种描述符之间的关系

　　从图1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。另外设备和主机的通信是通过报告的形式来实现的，所以还必须定义报告描述符;而物理描述符不是必需的。还有就是HID描述符是关联于接口(而不是端点)的，所以设备不需要为每个端点都提供一个HID描述符。

　　USB设备有4种传输方式与主机进行通信： 控制方式、中断方式、批量方式和同步方式。每种方式都有它的应用领域。HID只支持控制和中断传输方式。如图2所示，HID设备必须要有默认的控制管道和一个中断输入端点;中断输出端点是可选的。

图2 HID类设备使用控制和中断传输方式

　　中断输出传输是USB1.1规范才有的内容，且必须获得Windows系统的支持。从Windows98 SE版本开始才支持中断输出传输方式，所以如果需要中断输出传输方式的设备应该选择相应的操作系统。表1列出了传输类型和相关情况。

表1 HID类设备支持的传输方式传输