HID 简介

 HID(Human Interface Device,人机接口设备)是USB设备中常用的设备类型,是直接与人交互的USB设备,例如键盘、鼠标与游戏杆等。在USB设备中,HID设备的成本较低。另外,HID设备并不一定要有人机交互功能,只要符合HID类别规范的设备都是HID设备。

  Wndows操作系统最先支持的HID设备。在windows 98以及后来的版本中内置有 HID设备的驱动程序,应用程序可以直接使用这些驱动程序来与设备通信。1601133666495

  在设计一个USB接口的计算机外部设备时,如果HID类型的设备可以满足需要,可以将其设计为HID类型设备,这样可以省去比较复杂的USB驱动程序的编写,直接利用Windows操作系统对标准的HID类型USB设备的支持。

HID设备的特点

  • 交换的数据储存在称为报表(Report)的结构内,设备的固件必须支持HlD报表的格式。主机通过控制和中断传输中的传送和请求报表来传送和接收数据。报表的格式非常灵活。
  • 每一笔事务可以携带小量或中量的数据。

    低速设备每一笔事务最大是8B,一个报表可以使用多笔事务。
    全速设备每一笔事务最大是64B
    高速设备每一笔事务最大是1024B。

  • 设备可以在未预期的时间传送信息给主机,例如键盘的按键或是鼠标的移动。所以主机会定时轮询设备,以取得最新的数据。
  • HID设备的最大传输速度有限制。主机可以保证低速的中断端点每10ms内最多1笔事务,每一秒最多是800B(8×100)。保证全速端点每lms一笔事务,每一秒最多是64000B(64×1000)。保证高速端点每125 us三笔事务,每一秒最多是24.576MB(1024×8000×3)。
  • HID设备没有保证的传输速率。如果设备是设置在10ms的时距,事务之间的时间可能等于或小于10ms。除非设备是设置在全速时在每个帧传输数据,或是在高速时在每个微帧传输数据。这是最快的轮询速率,所以端点可以保证有正确的带宽可供使用。

HID设备除了传送数据给主机外,它也会从主机接收数据。只要能够符合HlD类别规范的设备都可以是HID设备。

设备除了HlD接口之外,它可能同时还包含有其他的USB接口。例如影像显示设备可能使用HID接口来做亮度、对比度的软件控制,而使用传统的影像接口来传送要显示的数据。USB扩音器可以使用实时传输来播放语音,同时使用HID接口来控制音量、低音等。

HID类别设备的规范文

HID类别设备的规范文件主要是以下两份:

  • Device Class Definition for Human interface Devices
  • HID Usage Tables

其中前者是HID的基本规范文件,后者可以是前者的附件,为开发人员提供实际的控制类型的描述。文件是用来定义让主机了解以及使用HID数据的数值。这两份文件是由 USB Device Working Group制定的,可以在网址http://www.usb.org 下载。

HID设备的硬件要求

HID接口必须符合Device Class Definition for Human interface Devices规范内所定义的HID类别的需求。在此文件内描述了所需的描述符、传输的频率以及传输的类型等。为了符合规范,HID接口的端点与描述符都必须符合数个要求。

所有的HID传输都是使用默认控制管道或是一个中断管道,HID设备必须有一个中断输入端点来传送数据到主机,中断输出端点则不是必需的。

HID设备的硬件要求

传输类型 数据来源 数据类型 是否需要管道
控制 设备(输入) 没有严格时间限制的数据
主机(输出) 没有严格时间限制的数据 或是没有中断输出管道时的任何数据
中断 设备(输入) 定时或低延迟的数据
主机(输出) 定时或低延迟的数据

主机与设备之间所交换的数据,可以分成两种类型:

  • 低延迟的数据,必须尽快地到达目的;
  • 配置或其他的数据,没有严格时间限制的需求。

  中断管道是控制管道之外的另一种数据交换的方式,特别适合使用在接收端需要定时或是尽可能及时收到数据的时候。中断输入管道携带数据到主机,中断输出管道则是携带数据到设备。在总线忙的时候,控制管道可能会被延迟,而中断管道保证会有可得到的带宽。HID不需要一定有中断输出管道。如果没有中断输出管道,主机会在控制管道上使用HID设备特有的Set_Report请求来传送所有的报表。

HID固件的要求

 主机的驱动程序要与HID设备通信,设备的固件必须符合下列需求:

  • 设备的描述符必须识别该设备包含有HID接口。
  • 除了默认控制管道外,固件必须另外支持一个中断输入管道。
  • 固件必须包含一个报表描述符来定义要传送与接收的设备数据

  如果要传送数据,固件必须支持Get_Report控制传输与中断输入传输。如果要接收数据,固件必须支持Set_Report控制传输与选择性的中断输出传输。

  所有的HID数据都必须使用定义过的报表格式来定义报表中数据的大小与内容。设备可以支持一个或多个报表。在固件中的一个报表描述符用来描述此报表,以及如何使用报表数据的信息。

  在每一个报表中的一个数值,定义此报表是一个输入(Input)、输出(Output)或是特征(Feature)报表。主机在输入报表中接收数据,在输出报表中传送数据,特征报表可以在任何方向传递。

  Windows 98以及后来版本的HID驱动程序使用中断传输来传递输入报表。输出报表的传输类型要根据设备支持的端点与Windows的版本而定。Windows 98 Gold只符合HID 1.0规范,它的HID驱动程序使用控制传输来传递输出报表。Windows 98 SE、Wndows 2000符合HID 1.1规范,HID驱动程序在有中断输出端点时使用中断传输,否则使用控制传输来传递输出报表。特征报表都是使用控制传输