HID設備詳解

HID（Human Interface Device）即人機介面設備，是指能夠通過USB、PS/2等介面進行傳輸的輸入和輸出設備，如鍵盤、滑鼠、遊戲手柄、掃描儀等。

一、HID設備通訊協議

HID設備通訊協議有兩種，分別是HID Boot Protocol和HID Report Protocol。其中HID Boot Protocol是一種通用協議，可用於交換所有HID設備的數據，但是它不支持多個並發數據輸入輸出；而HID Report Protocol是一種自定義協議，不同的HID設備可以使用不同格式的報告描述符和報告協議來進行數據傳輸，並支持多個並發數據輸入輸出。

HID Boot Protocol的報告描述符如下所示：

// 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的報告描述符，則是根據HID設備的具體情況而定，下面以滑鼠為例，列出其報告描述符：

// 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設備驅動程序

HID設備需要特定的驅動程序才能被計算機識別和使用。通常情況下，Windows操作系統內置了很多常見的HID設備驅動程序，可直接使用。而對於某些不常見的HID設備，則需要手動安裝其對應的驅動程序。

三、HID設備數據傳輸

HID設備的數據傳輸主要是通過輸入報告和輸出報告進行的。

輸入報告是指從HID設備向計算機發送數據的報告，一般用於傳輸HID設備的輸入信號，如鍵盤的按鍵、滑鼠的位置等信息。輸出報告則是指從計算機向HID設備發送數據的報告，一般用於傳輸HID設備的輸出信號，如LED燈的亮度和顏色等信息。

下面是一個使用WINAPI函數來進行HID設備輸入輸出的例子：

// 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設備應用場景

HID設備可以廣泛應用於各種互動式設備上，如電腦、手機、平板等。下面是一些常見的應用場景：

1.鍵盤和滑鼠

鍵盤和滑鼠是最常見的HID設備之一，可以用於輸入文字、控制游標等操作。

2.遊戲手柄和方向盤

遊戲手柄和方向盤是常見的遊戲控制器，可以實現遊戲中的各種操作，如移動、跳躍、射擊等。

3.觸摸屏

觸摸屏可以用於移動設備上的交互，如點擊、滑動、縮放等操作。

4.掃描儀

掃描儀可以用於將文檔或圖片數字化，便於存儲和傳輸。

5.電視遙控器

電視遙控器可以通過HID設備來實現對電視的遙控操作，包括調節音量、切換頻道等。

五、總結

HID設備是一種重要的人機介面設備，其通訊協議、驅動程序、數據傳輸等方面都需要進行詳細的了解和應用。常見的HID設備包括鍵盤、滑鼠、遊戲手柄、觸摸屏、掃描儀、電視遙控器等。通過對HID設備的應用，可以實現各種交互性設備操作，方便用戶的使用。

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