USB 鼠标的实现

《圈圈教你学 USB》第 3 章学习笔记

前言

说明：本文章节顺序按照 《圈圈教你学USB》 一书的学习顺序来组织，其中跳过了硬件代码相关的章节。

参考：

• 1）《圈圈教你学USB》2009 年第 1 版
• 2）B 站 沁恒微电子《USB技术应用与开发》：

• 3）USB 官网（直接搜索 usb 或 hid）：

  • 《USB 2.0 Specification》：https://www.usb.org/document-library/usb-20-specification
  • 《Device Class Definition for HID 1.11》：https://www.usb.org/document-library/device-class-definition-...

5 USB 标准请求

USB 协议定义了一个 8 字节的标准设备请求，主要用在设备的枚举过程中，是在控制传输的SETUP（建立）过程中，通过默认控制端点 0 发出的。

• 可参考：https://www.usbzh.com/article/detail-417.html

5.1 USB 标准设备请求的结构

1）标准设备请求的结构：

2）标准设备请求：

3）bRequest 请求代码如下表：

4）描述符类型（Descriptor Types）如下表：

上述内容除《圈圈教你学USB》外的可查询出处：USB 2.0 协议规范 《USB_20.pdf》 第 9.3 小节

5.2 GET_DESCRIPTOR 请求

示例：80 06 00 01 00 00 40 00
来源：B 站 沁恒微电子《USB技术应用与开发》 第三讲的 06:31 处。

80    表示请求输入，即设备到主机
06    表示 GET_DESCRIPTOR，获取描述符
00 01 低字节 00 表示索引号为 0；高字节 01 表示请求的描述符类型为 1，即设备描述符
00 00 wIndex 域只在获取字符串描述符时有用，表示字符串的语言 ID 号，除此外值为 0
40 00 应该为 0x0040，表示请求的设备描述符长度为 0x40，即 64 个字节

5.3 SET_ADDRESS 请求

示例：00 05 0B 00 00 00 00 00
来源：同上。

00    表示请求输出，即输出待设置的地址 
05    表示 SET_ADDRESS
0B 00 表示设置地址为 000B
00 00 未使用
00 00 无数据

设备收到设置地址请求时，直接进入状态过程，等待主机读取 0 长度的状态数据包。
主机成功读取状态数据包且用 ACK 响应后，设置启用新地址。

5.4 SET_CONFIGURATION 请求

示例：00 09 01 00 00 00 00 00
来源：视频 12:36 处

00    表示请求输出，即设置配置
09    表示 SET_CONFIGURATION 
01 00 0x0001，表示选中配置编号为 1 的配置。
00 00 
00 00 

6 设备描述符的实现

设备描述符的结构：（除《圈圈教你学USB》外的可查询出处：USB 2.0 协议规范 《USB_20.pdf》 第 9.6.1 小节）

示例：当我们请求设备描述符时，设备返回的数据为：12 01 10 01 00 00 00 08 3C 41 07 21 15 01 01 02 00 01
来源：视频 08:01 处

12    表示描述符长度为 0x12，即 18 个字节
01    表示描述符类型为 01
10 01 表示 USB 协议版本为 USB 1.1，如 0x0200 为 USB2.0
00    
00 
00 
08    端点 0 最大包长为 8，可取值为 8，16，32，64
3C 41 表示厂商 ID 为 0x413C
07 21 表示产品 ID 为 0x2107
15 01 表示设备版本号为 1.15
01    
02
00    
01    表示设备有多少种配置

关于厂商 ID：
需要向 USB 申请，我们可以去 https://www.usb.org/developers 查看，去 “Valid USB Vendor ID Numbers” 里下载一个文档，根据上述厂商 ID 来查询该设备的生产商。

9 配置描述符集合的结构

每个 USB 设备至少有一个配置描述符。设备描述符中指明该设备有多少种配置。

9.1 配置描述符结构

配置描述符结构：（除《圈圈教你学USB》外的可查询出处：USB 2.0 协议规范 《USB_20.pdf》 第 9.6.3 小节）

bmAttributes 可取值为：

bit7：    保留，设置为 1
bit6：    0，设备由总线供电；1，设备自供电。
bit5：    是否支持远程唤醒
bit[4:0]：保留，设置为 0

示例：配置描述符集合（视频 12:28 处）

# 获取配置描述符 9 个字节（解析见 GET_DESCRIPTOR 请求）
80 06 00 02 00 00 09 00

# 设备返回的配置描述符
09    表示描述符长度为 9
02    表示描述符类型，配置描述符为 0x02
22 00 表示配置描述符集合总长度为 0x0022，即 34 字节
01    表示该配置支持的接口数为 1（功能单一设备只有一个接口，而复合设备有多个接口，如音频设备）
01    表示配置的值，每个配置的标识（设置配置时，如果匹配该配置值，则表示选中该配置）
00    表示字符串索引值，0 表示没有字符串
A0    表示设备属性。
32    表示设备需要从总线获取的最大电流量，单位 2mA。这里表示 0x32*2=100mA

9.2 接口描述符的结构

接口描述符结构：（除《圈圈教你学USB》外的可查询出处：USB 2.0 协议规范 《USB_20.pdf》 第 9.6.5 小节）

9.3 端点描述符的结构

端点描述符结构：（除《圈圈教你学USB》外的可查询出处：USB 2.0 协议规范 《USB_20.pdf》 第 9.6.6 小节）

bEndpointAddress 说明：

bit7：    传输方向。1，输入；0，输出；
bit[6:4]：保留
bit[3:0]：端点号

bmAttributes 说明：

bit[7:6]：保留。
bit[5:4]：等时传输时表示用途。0，数据端点；1，反馈端点；2，数据端点；3，保留。其它传输时保留。
bit[3:2]：等时传输时表示同步类型。0，无同步；1，异步；2，适配；3，同步。其它传输时保留
bit[1:0]：传输类型。0，控制传输；1，等时传输；2，批量传输；3，中断传输。

9.4 HID 描述符的结构

HID 描述符结构：（除《圈圈教你学USB》外的可查询出处：USB 2.0 协议规范 《Device Class Definition for HID 1.11》 第 6.2.1 小节）

关于 bDescriptorType：表示 HID 描述符类型时为 0x21；表示下级描述符类型时，0x22 表示报告描述符，0x23 表示物理描述符。

9.5 [示例：描述符]

示例：配置描述符（视频 12:32 处）

# 获取配置描述符 34 个字节（解析见 GET_DESCRIPTOR 请求）
80 06 00 02 00 00 22 00

# 设备返回
# （1）配置描述符
09    表示描述符长度为 9
02    表示描述符类型，配置描述符为 0x02
22 00 表示配置描述符集合总长度为 0x0022，即 34 字节
01    表示该配置支持的接口数为 1（功能单一设备只有一个接口，而复合设备有多个接口，如音频设备）
01    表示配置的值，每个配置的标识（设置配置时，如果匹配该配置值，则表示选中该配置）
00    表示字符串索引值，0 表示没有字符串
A0    表示设备属性。
32    表示设备需要从总线获取的最大电流量，单位 2mA。这里表示 0x32*2=100mA

# （2）接口描述符
09    长度
04    类型，0x04 表示接口描述符
00    接口编号，从 0 开始
00    接口备用编号
01    接口使用的端点数（不包括端点 0）
03    接口使用的类
01    接口使用的子类
01    接口使用协议
00    接口字符串索引

# （3）HID 描述符
09    长度
21    类型，0x21 表示 HID 描述符
10 01 HID 协议版本，1.1
00    国家代码
01    下级描述符数量为 1
22    下级描述符类型为 “报告描述符”
41 00 下级描述符长度为 65 个字节 

# （3）端点描述符
07    长度
05    类型，0x05 表示端点描述符
81    端点地址。表示输入且端点号为 1
03    端点属性。表示中断传输
08 00 端点支持的最大包长，这里为 0x0008
0A    端点查询时间

11 字符串及语言 ID 请求的实现

USB 协议中，字符串描述符是可选的。描述符结构：（除《圈圈教你学USB》外的可查询出处：USB 2.0 协议规范 《USB_20.pdf》 第 9.6.7 小节）

13 报告描述符的结构及实现

报告描述符结构：（除《圈圈教你学USB》外的可查询出处：USB 2.0 协议规范 《Device Class Definition for HID 1.11》 第 6.2.2 小节）