摘要 usb设备及其驱动程序的复杂性给开发人员带来了很大的开发难度。本文给出一种采用c8051f120微控制器和pdiusbd12 usb控制器结合的方式实现人机接口设备(human interface devices)的方法，以及如何编写应用程序来对它进行访问。此设备无需编写usb设备驱动程序，windows系统能够自动识别。

　　关键词 hid 人机接口设备 usb 描述符 中断传输 报告

　　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10 ms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

　　

　　usb协议定义了11种请求命令，通过这些请求来获得设备的信息及对设备进行设置。hid类设备除了要支持这11种标准的请求外，还要实现以下6种特定请求：

　　① get_report——主机用控制传输从设备接收数据，所有hid类设备都要支持这个请求;

　　② set_report——设备用控制传输接收主机的数据，设备可以不支持此请求;

　　③ get_idle——主机读取设备当前的空闲速率，设备可以不支持此请求;

　　④ set_idle——设置闲置状态，设备可不支持此请求;

　　⑤ get_protocol——主机获得设备的当前活动是引导协议还是报告协议;

　　⑥ set_protocol——在引导协议和报告协议间切换，设备如果支持系统引导(如键盘和鼠标)，就必须支持get_protocol和set_protocol请求。

　　2 hid接口固件设计与实现

　　该设备采用c8051f120微控制器和pdiusbd12芯片来实现，如图3所示。

　　

　　图3 hid系统结构框图

　　因为pdiusbd12的主端点(endpoint2)具有64字节的双缓冲，能够提供比较高的速度，所以在端点描述符里把它配置为中断传输方式，而endpoint1没有使用。pdiusbd12