HID报告描述符完全手册：中文版Usage Tables结构全面解读


# 摘要
本文全面探讨了人机接口设备（HID）报告描述符的基础知识、结构、实践应用以及编程调试方法。第一章介绍了HID报告描述符的基础概念，为读者提供了理解后续内容的基础。第二章深入解析了Usage Tables的结构，包括其组成、数据格式、逻辑页面及其高级特性，揭示了HID设备多样化的配置方法和个性化扩展能力。第三章通过具体案例分析了HID报告描述符在不同设备中的应用，展现了从理论到实践的转化过程。第四章则着重讲解了HID报告描述符的编程和调试技术，帮助开发者有效地实现和优化HID类驱动。最后一章展望了HID报告描述符未来的发展趋势，指出其在虚拟现实、物联网及可穿戴技术中的潜在应用。本文为设计和实现高效、标准化的HID设备提供了全面的参考。

# 关键字
HID报告描述符；Usage Tables；人机接口设备；编程与调试；逻辑页面；虚拟现实

参考资源链接：[中文版USB HID使用表v1.12：详解与翻译概览](https://wenku.csdn.net/doc/4kweer7nd4?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. HID报告描述符基础

本章我们将探究HID（Human Interface Device）报告描述符的初级概念。HID报告描述符是用于定义设备如何与主机通信的一系列结构化数据。它提供了关于设备如何报告其状态和接受主机命令的信息，是理解设备功能和实现正确交互的关键。

## 1.1 HID报告描述符的作用

HID报告描述符是HID类设备的核心，它详细说明了设备的输入、输出和特征报告格式。报告描述符是自描述的，这意味着它包含了足够的信息供主机系统理解如何处理这些报告。这对于确保不同操作系统和设备之间的一致性和互操作性至关重要。

## 1.2 HID报告描述符的基本结构

HID报告描述符通常由一系列的字段组成，每个字段描述了一个特定的设备特性。例如，一个字段可能描述了一个按钮，另一个可能描述了一个滑动条。这些字段被组织成逻辑的、有序的数据项，这些数据项组合在一起就形成了完整的设备描述。

| 字段类型 | 长度 | 描述 |
| --- | --- | --- |
| Usage Page | 1 byte | 定义设备使用的通用功能类别 |
| Usage | 1 byte | 设备的具体用途或功能 |
| Logical Minimum | 1 byte | 逻辑值的最小可能值 |
| Logical Maximum | 1 byte | 逻辑值的最大可能值 |
| Report Size | 1 byte | 每个报告项的位数 |
| Report Count | 1 byte | 在报告中该项出现的次数 |
| ... | ... | ... |

通过本章，您将建立起对HID报告描述符的认识，为后续章节深入探讨Usage Tables和实践应用打下基础。

# 2. 深入解析Usage Tables结构

### 2.1 Usage Tables的组成和数据格式

#### 2.1.1 Usage Page的定义和作用

Usage Page是HID报告描述符中用于定义一组通用用途的代码页。它为设备上各种用途的数据项提供了一种分组机制，使得操作系统和应用程序能够识别设备所报告的信息类型。每个Usage Page由一个唯一的16位数值表示，并拥有一个对应的名称，例如“Generic Desktop” Usage Page代表通用桌面设备如键盘和鼠标。

在HID设备中，Usage Page与Usage ID联合使用，共同定义了一个特定的功能或部件。例如，一个“Generic Desktop” Usage Page下的“Mouse” Usage ID表明该数据项与鼠标相关。这一机制确保了不同操作系统和应用程序能够对HID设备的输入做出一致的解释。

| Usage Page           | Usage ID | 描述               |
|----------------------|----------|---------------------|
| Generic Desktop      | 0x0002   | 鼠标               |
| Generic Desktop      | 0x0006   | 键盘               |
| Game Device          | 0x0004   | 游戏控制器         |

通过上表，我们可以清楚地看到如何通过Usage Page和Usage ID对设备的功能进行分类。这种分类方式对于理解设备的工作原理和如何为设备编写正确的报告描述符至关重要。

#### 2.1.2 Usage和Usage Type的区别与联系

Usage指的是在特定的Usage Page下的具体项目，它可以代表设备上的一个按钮、一个坐标轴、一个多维输入设备等。而Usage Type则定义了Usage的类型，例如开关、数字量、模拟量或成对值等。

两者的区别在于，Usage是指向具体功能的“指针”，而Usage Type则是对Usage数据类型的描述。它们的联系在于，只有确定了Usage的类型，才能够正确理解如何处理对应的数据项。

| Usage Page           | Usage ID | Usage Type    | 描述           |
|----------------------|----------|---------------|----------------|
| Generic Desktop      | 0x0001   | Switch        | 鼠标左键       |
| Generic Desktop      | 0x0038   | Integer       | 鼠标滚轮       |
| Generic Desktop      | 0x3001   | Vector        | 触摸屏坐标轴   |

在上表中，不同的Usage ID和Usage Type的组合代表了不同类型的数据输入，这对于正确地从HID设备中提取和使用数据至关重要。

#### 2.1.3 数据项的类型和结构

数据项的类型在HID报告描述符中被严格定义，并遵循特定的格式。数据项可以分为输入报告、输出报告和特征报告，每种报告类型都由一系列的数据项组成。这些数据项的格式由它们的属性决定，如常数（Constant）、数组（Array）、数据（Data）等。

每个数据项在报告描述符中都有自己的ID和数据大小，有的数据项还可以包含逻辑最小值、逻辑最大值、物理最小值、物理最大值和单位等参数。这些参数为数据处理提供了必要的上下文，使得应用程序能够以适当的方式解释数据。

| 数据项类型     | ID   | 大小（位） | 逻辑最小值 | 逻辑最大值 | 物理最小值 | 物理最大值 | 单位      | 描述         |
|----------------|------|------------|------------|------------|------------|------------|------------|--------------|
| Input          | 0x01 | 8          | 0          | 1          | 0          | 1          | None       | 开关按钮     |
| Input Array    | 0x02 | 16         | 0          | 65535      | 0          | 65535      | None       | 坐标轴值     |
| Input Constant | 0x03 | 8          | 255        | 255        | 255        | 255        | None       | 常数值       |

上表展示了三种不同类型的数据项的结构和属性，通过它们可以了解HID报告中各个数据项的详细含义。

### 2.2 Usage Tables中的逻辑页面解析

#### 2.2.1 常见逻辑页面的分类和功能

在HID报告描述符中，逻辑页面（Logical Pages）是一个重要的概念，它用于将物理输入设备的多个部分组织成可管理的单元。逻辑页面可以包含多个物理设备的数据，并提供了一种方式来表达设备的复合输入输出功能。

逻辑页面按照它们在HID协议中的定义和用途，可以分为简单逻辑页面和复合逻辑页面。简单逻辑页面如Generic Desktop，主要用于通用设备，如键盘、鼠标和游戏控制器。复合逻辑页面如Telephony Device和Consumer Device，用于具有特殊功能的设备，如电话和消费电子产品。

| 逻辑页面类型         | 用途                      | 示例设备      |
|----------------------|---------------------------|---------------|
| Generic Desktop      | 通用桌面设备输入          | 键盘、鼠标     |
| Telephony Device     | 电话相关设备输入          | 电话           |
| Consumer Device      | 消费电子产品控制          | 遥控器、音响   |

上表简要列出了不同