USB-HID 架構與列舉過程

當一裝置(Device)經由 USB 連接上電腦後，電腦會向裝置，要求(Request)一 組數據，並以此數據判別此裝置所屬的類別、需要的驅動程式等等資訊。

這組數據稱之為描述元(descriptor)，不同用途的描述元，會對裝置的不同性 質作定義。

裝置描述元(Device Descriptor)：定義整個裝置的共用特性。

配置描述元(Configuration Descriptor)：

1. 使用幾個介面(interface)

2. 每個介面各自屬於什麼類別(Class) 3. 使用何種端點(Endpoint)進行通訊

一個裝置，允許擁有複數個配置描述元，可在不同需求情形下作切換，而每 個配置下各自又可有複數個介面，每個介面有其所屬的類別，並佔用 1 個端點進 行通訊。

描述元是事先定義好的數個位元組資料，當 USB 控制器接收到來自電腦的 需求指令(Request)，依照不同的需求指令，控制器會回覆不同的描述元給電腦，

實作上，電腦只會發出兩類的需求，一為裝置描述元需求，一為配置描述元需求，

而其他如介面描述元(Interface descriptor)、類別描述元(Class descriptor)、端點描 述元(Endpoint descriptor)皆跟隨在配置描述元之後，一併傳送。

40

Single function Device

Configuration descriptor

Composite Device

Configuration descriptor Device

descriptor

圖 4-6 單一及複合式裝置的描述元比較

本系統同時兼具滑鼠及鍵盤的複合式(Composite)功能，採用 HID (Human

Interface Device)類別，因此類別描述元(Class-spec descriptor)中，除了定義 HID 的版本外，還需要至少一個報告描述元(Report descriptor)，用以設定此 HID 裝置 更詳細的設置，如定義裝置為滑鼠、鍵盤或其他 HID 事先定義好的裝置類別。

「報告描述元」用來定義報告的格式，而「報告」(Report)本身才是真正用 來回傳目前裝置的最新數據。數據依照報告描述元定義好的順序、格式，讓電腦 解讀，如鍵盤報告會含有目前按下的所有按鍵對應的功能碼，滑鼠報告會回傳水 平、垂直位移的偏移距離等。

41

HID class裝置列舉過程所需描述元

Device

descriptor

Configuration descriptor

針對HID class裝置，

PC會在request configuration description後

另外索取report descriptor

report

42

圖 4-8 報告描述元與報告容量設定不符時所造成之裝置無法辨識

列舉完成後，作業系統會以適當的驅動程式對裝置作存取，但當列舉過程中 出現錯誤時，便會出現如上圖一般的錯誤情形，造成列舉錯誤的情況很多，以下 介紹本研究實作過程中所遭遇過的幾種情形。

43

在介面描述元中，有 3 組位元組，用來指定介面類別(bInterfaceClass)、子類 別(bInterfaceSubclass)和通訊協定(bInterfaceProtocol)，但實際上，若此介面已經定 義為 HID 的類別，則 HID 功能會直接與 HID 描述元有關，而不受介面描述元中 這三個位元組影響。

如下圖 4-9，圖右中，兩組介面描述元，一組設定為鍵盤，一組設定為滑鼠，

但實際列舉後，因為 HID 描述元皆為滑鼠，所以列舉結果也為滑鼠。

圖 4-9 介面描述元設定值與裝置實際辨識結果比較

最後，在每次列舉完成後，作業系統會依照 VID(Vendor ID)、PID(Product ID) 的配對，查詢是否有安裝過對應的驅動程式，若有的話，不一定每次都會重新安 裝驅動，所以當 VID/PID 配對沒有更改，但韌體有更動的情形下，有可能發生作 業系統無法辨識的情況，此時會需要將原驅動程式強制重新安裝，或是變更

44

VID/PID 配對。

45