HID设备详解

HID（Human Interface Device）即人机接口设备，是指能够通过USB、PS/2等接口进行传输的输入和输出设备，如键盘、鼠标、游戏手柄、扫描仪等。

一、HID设备通讯协议

HID设备通讯协议有两种，分别是HID Boot Protocol和HID Report Protocol。其中HID Boot Protocol是一种通用协议，可用于交换所有HID设备的数据，但是它不支持多个并发数据输入输出；而HID Report Protocol是一种自定义协议，不同的HID设备可以使用不同格式的报告描述符和报告协议来进行数据传输，并支持多个并发数据输入输出。

HID Boot Protocol的报告描述符如下所示：

// HID Boot Protocol Report Descriptor
0x05, 0x01,                     // Usage Page (Generic Desktop)
0x09, 0x02,                     // Usage (Mouse)
0xA1, 0x01,                     // Collection (Application)
0x09, 0x01,                     //   Usage (Pointer)
0xA1, 0x00,                     //   Collection (Physical)
0x05, 0x09,                     //     Usage Page (Button)
0x19, 0x01,                     //     Usage Minimum (01)
0x29, 0x03,                     //     Usage Maximum (03)
0x15, 0x00,                     //     Logical Minimum (0)
0x25, 0x01,                     //     Logical Maximum (1)
0x95, 0x03,                     //     Report Count (3)
0x75, 0x01,                     //     Report Size (1)
0x81, 0x02,                     //     Input (Data,Var,Abs)
0x95, 0x01,                     //     Report Count (1)
0x75, 0x05,                     //     Report Size (5)
0x81, 0x01,                     //     Input (Cnst,Ary,Abs)
0x05, 0x01,                     //     Usage Page (Generic Desktop)
0x09, 0x30,                     //     Usage (X)
0x09, 0x31,                     //     Usage (Y)
0x15, 0x81,                     //     Logical Minimum (-127)
0x25, 0x7F,                     //     Logical Maximum (127)
0x75, 0x08,                     //     Report Size (8)
0x95, 0x02,                     //     Report Count (2)
0x81, 0x06,                     //     Input (Data,Var,Rel)
0xC0,                           //   End Collection
0xC0                            // End Collection

而HID Report Protocol的报告描述符，则是根据HID设备的具体情况而定，下面以鼠标为例，列出其报告描述符：

// Mouse HID Report Descriptor
0x05, 0x01,         // USAGE_PAGE (Generic Desktop)
0x09, 0x02,         // USAGE (Mouse)
0xA1, 0x01,         // COLLECTION (Application)
0x09, 0x01,         //   USAGE (Pointer)
0xA1, 0x00,         //   COLLECTION (Physical)
0x05, 0x09,         //     USAGE_PAGE (Button)
0x19, 0x01,         //     USAGE_MINIMUM (Button 1)
0x29, 0x03,         //     USAGE_MAXIMUM (Button 3)
0x15, 0x00,         //     LOGICAL_MINIMUM (0)
0x25, 0x01,         //     LOGICAL_MAXIMUM (1)
0x95, 0x03,         //     REPORT_COUNT (3)
0x75, 0x01,         //     REPORT_SIZE (1)
0x81, 0x02,         //     INPUT (Data,Var,Abs)
0x95, 0x01,         //     REPORT_COUNT (1)
0x75, 0x05,         //     REPORT_SIZE (5)
0x81, 0x01,         //     INPUT (Constant)
0x05, 0x01,         //     USAGE_PAGE (Generic Desktop)
0x09, 0x30,         //     USAGE (X)
0x09, 0x31,         //     USAGE (Y)
0x09, 0x38,         //     USAGE (Wheel)
0x15, 0x81,         //     LOGICAL_MINIMUM (-127)
0x25, 0x7F,         //     LOGICAL_MAXIMUM (127)
0x75, 0x08,         //     REPORT_SIZE (8)
0x95, 0x03,         //     REPORT_COUNT (3)
0x81, 0x06,         //     INPUT (Data,Var,Rel)
0xC0,               //   END_COLLECTION
0xC0                // END_COLLECTION

二、HID设备驱动程序

HID设备需要特定的驱动程序才能被计算机识别和使用。通常情况下，Windows操作系统内置了很多常见的HID设备驱动程序，可直接使用。而对于某些不常见的HID设备，则需要手动安装其对应的驱动程序。

三、HID设备数据传输

HID设备的数据传输主要是通过输入报告和输出报告进行的。

输入报告是指从HID设备向计算机发送数据的报告，一般用于传输HID设备的输入信号，如键盘的按键、鼠标的位置等信息。输出报告则是指从计算机向HID设备发送数据的报告，一般用于传输HID设备的输出信号，如LED灯的亮度和颜色等信息。

下面是一个使用WINAPI函数来进行HID设备输入输出的例子：

// WinHidIO.c - Windows HID I/O test program
#include 
#include 
#include 

const UINT32 g_OutReportSize = 16;
const UINT32 g_InReportSize = 16;

HANDLE g_hDev = NULL;
BYTE g_OutBuf[g_OutReportSize];
BYTE g_InBuf[g_InReportSize];

BOOL OpenDevice()
{
    GUID guid;
    HDEVINFO hdevInfo;
    SP_DEVICE_INTERFACE_DATA ifaceData;
    PSP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA detailData;

    // Get the HID GUID class
    if (!SetupDiClassGuidsFromName(TEXT("HIDClass"), &guid, 1, NULL))
        return FALSE;

    // Get devices matching HID GUID class
    hdevInfo = SetupDiGetClassDevs(&guid, NULL, NULL, DIGCF_PRESENT | DIGCF_DEVICEINTERFACE);
    if (hdevInfo == INVALID_HANDLE_VALUE)
        return FALSE;

    // Enumerate all devices
    ifaceData.cbSize = sizeof(ifaceData);
    detailData = (PSP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA)malloc(sizeof(SP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA) + MAX_PATH);
    detailData->cbSize = sizeof(SP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA);
    for (DWORD i = 0; SetupDiEnumDeviceInterfaces(hdevInfo, NULL, &guid, i, &ifaceData); ++i)
    {
        DWORD dwSize = 0;
        BOOL bRet = SetupDiGetDeviceInterfaceDetail(hdevInfo, &ifaceData, detailData, sizeof(SP_DEVICE_INTERFACE_DETAIL_DATA) + MAX_PATH, &dwSize, NULL);
        if (bRet)
        {
            // Open HID device with read/write access
            g_hDev = CreateFile(detailData->DevicePath, GENERIC_READ | GENERIC_WRITE, 0, NULL, OPEN_EXISTING, 0, NULL);
            if (g_hDev != INVALID_HANDLE_VALUE)
            {
                // Set feature report
                HIDD_ATTRIBUTES attr;
                ATTR_AND_STRING as[] = {{&attr.ProductID, 0, 0}, {&attr.VendorID, 0, 0}};
                HidD_GetAttributes(g_hDev, &attr);
                printf("Found HID device (vid=%04X, pid=%04X)\n", attr.VendorID, attr.ProductID);

                // Write output report
                bRet = HidD_SetOutputReport(g_hDev, g_OutBuf, g_OutReportSize);
                if (bRet)
                {
                    // Read input report
                    memset(g_InBuf, 0, g_InReportSize);
                    bRet = HidD_GetInputReport(g_hDev, g_InBuf, g_InReportSize);
                    if (bRet)
                    {
                        // Process input report data
                        for (UINT32 j = 0; j < g_InReportSize; ++j)
                            printf("InBuf[%d] = %02X\n", j, g_InBuf[j]);
                    }
                }

                CloseHandle(g_hDev);
                g_hDev = NULL;
            }
        }
    }

    free(detailData);
    SetupDiDestroyDeviceInfoList(hdevInfo);

    return TRUE;
}

int main()
{
    // Fill output report buffer
    memset(g_OutBuf, 0, g_OutReportSize);
    g_OutBuf[0] = 0x01;

    // Open HID device and perform I/O operations
    if (OpenDevice())
        printf("Test completed successfully\n");

    return 0;
}

四、HID设备应用场景

HID设备可以广泛应用于各种交互式设备上，如电脑、手机、平板等。下面是一些常见的应用场景：

1.键盘和鼠标

键盘和鼠标是最常见的HID设备之一，可以用于输入文字、控制光标等操作。

2.游戏手柄和方向盘

游戏手柄和方向盘是常见的游戏控制器，可以实现游戏中的各种操作，如移动、跳跃、射击等。

3.触摸屏

触摸屏可以用于移动设备上的交互，如点击、滑动、缩放等操作。

4.扫描仪

扫描仪可以用于将文档或图片数字化，便于存储和传输。

5.电视遥控器

电视遥控器可以通过HID设备来实现对电视的遥控操作，包括调节音量、切换频道等。

五、总结

HID设备是一种重要的人机接口设备，其通讯协议、驱动程序、数据传输等方面都需要进行详细的了解和应用。常见的HID设备包括键盘、鼠标、游戏手柄、触摸屏、扫描仪、电视遥控器等。通过对HID设备的应用，可以实现各种交互性设备操作，方便用户的使用。

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