【HID键盘数据解读速成】：如何快速从HID数据包提取键码


参考资源链接：[USB HID到PS/2键盘键码转换详表](https://wenku.csdn.net/doc/6412b7adbe7fbd1778d4b278?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. HID键盘数据包基础

在本章，我们将介绍HID（Human Interface Device）键盘如何通过数据包来传递用户输入信息的基础知识。HID键盘因其响应速度快、即插即用等特点，在个人电脑、游戏设备以及移动终端中广泛使用。数据包作为键盘与计算机之间通信的基本单元，理解其工作原理是进行更深入研究的前提。

## 1.1 数据包的角色与功能

数据包是键盘与主机进行通信的最小单元，它包含了用户操作键盘时产生的所有相关信息。例如，当用户按下或释放一个键时，键盘会生成一个数据包，该数据包被传输到主机端进行解析和响应。

## 1.2 数据包的传输与同步

为了保证数据的准确性，HID键盘数据包的设计中包含了同步机制。每个数据包的开始都有特定的同步字节，用于告知接收端这是一个新的数据包。这种机制对于确保数据包不丢失和顺序正确至关重要。

通过本章的学习，读者将获得对HID键盘数据包传输过程的基本理解，为进一步深入研究HID键盘的内部工作原理打下坚实基础。接下来的章节中，我们将深入探讨HID键盘数据包的结构，以及如何解析这些数据包以获取键盘输入信息。

# 2. 理解HID键盘数据结构

在本章中，我们将深入探讨HID键盘数据的内部结构。这包括数据包的格式、扫描码的解析以及HID报告描述符的详细分析。理解这些基本的组成部分是开发能够与HID设备交互的软件和硬件的基础。

## 2.1 HID键盘数据包格式概览

### 2.1.1 数据包的组成部分

HID（Human Interface Device）设备，比如键盘，通过数据包的形式向主机发送信息。每一个数据包都有其特定的格式，以确保数据的正确传输。一个标准的HID键盘数据包通常由以下几个部分组成：

1. **同步字节**：每个数据包的起始部分是一个同步字节，通常为`0x00`或`0x01`，它帮助接收设备识别数据包的开始。
2. **报告ID**：紧接着同步字节的是报告ID，这是一个用于识别数据包类型的字节。在许多简单应用中，报告ID可能被设置为0，并且省略。
3. **数据长度**：报告ID后面是数据长度字段，指明了实际数据的字节长度。
4. **使用数据**：数据字段包含了与特定事件相关的数据，如按键按下或释放。
5. **校验和**：最后，数据包通常会包含一个校验和字节，用于验证数据的完整性。

每个部分都有其特定的作用，保证了数据包的完整性和可靠性。

### 2.1.2 数据包的长度和同步

数据包的长度是一个关键的参数，因为它告诉接收设备应该期待多少字节的数据。长度字段的值必须准确，否则可能导致数据解析错误。长度字段紧跟在报告ID后面，确保了数据包的长度正确被解析。

同步字节的使用确保了数据包的边界可以被准确识别。在数据传输过程中，如果中间丢失了同步字节，接收设备可以判定数据包的传输出现了错误或中断，从而采取相应的措施。

## 2.2 键盘扫描码解析

### 2.2.1 扫描码的含义与类型

扫描码是HID键盘数据包中用于表示按键事件的核心部分。每一个按键都有一个对应的扫描码。扫描码分为两种类型：

- **键入扫描码**：当按键被按下时，键盘发送这种类型的扫描码。
- **释放扫描码**：当按键被释放时，键盘发送这种类型的扫描码。

扫描码的具体值取决于键盘的布局和设计，但通常是标准化的，例如，ASCII字符和功能键都有对应的扫描码。

### 2.2.2 键码到扫描码的映射

键码到扫描码的映射是HID键盘数据解码过程中的核心。不同的操作系统可能使用不同的映射方案。例如，在USB键盘上，Windows和Linux系统可能使用不同的映射表。

开发者需要知道如何根据接收到的键码查找对应的扫描码。这一过程通常涉及到查询一个内部或外部的映射表，以便于正确地将扫描码转换为用户可见的字符或操作。

## 2.3 HID报告描述符分析

### 2.3.1 报告描述符的作用

HID报告描述符是一个重要的组成部分，它定义了设备报告的数据格式。报告描述符由一系列的字段组成，每个字段指明了数据项的类型、数量以及一些额外的信息。

报告描述符为接收设备提供了足够的信息，使其能够正确地解析和使用从HID设备接收到的数据。

### 2.3.2 如何读取和解析报告描述符

读取和解析报告描述符通常涉及以下步骤：

1. **获取报告描述符**：首先，设备驱动程序或应用程序必须从HID设备请求报告描述符。
2. **分析描述符内容**：然后，解析这个描述符中的每一个字段，理解它们表示的含义。
3. **确定数据项结构**：通过这些字段确定每个数据项的类型、大小、数量和用途。

理解报告描述符是复杂而重要的，因为它允许开发者和用户自定义按键功能，甚至可以创建完全自定义的按键映射方案。

// 示例代码片段：读取HID报告描述符
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

// 假设hidapi库已经被正确初始化和配置
#include "hidapi.h"

int main() {
    // 初始化HID库
    if(hid_init()) {
        printf("HID library initialization failed!\n");
        return 1;
    }

    // 打开设备
    hid_device *dev = hid_open(VID, PID); // 替换VID和PID为实际的设备VID和PID
    if (!dev) {
        printf("Cannot open device\n");
        return 1;
    }

    // 获取设备的报告描述符
    unsigned char *report_descriptor;
    int desc_len;
    desc_len = hid_get_report_descriptor(dev, &report_descriptor);
    if (desc_len < 0) {
        printf("Failed to get report descriptor!\n");
        return 1;
    }

    // 解析报告描述符（略）

    // 清理资源
    free(report_descriptor);
    hid_close(dev);
    hid_exit();
    return 0;
}

### 2.3.2.1 解析报告描述符的逻辑分析

在上述示例代码中，我们首先初始化了HID API库，并打开了目标设备。接着，我们使用`hid_get_report_descriptor`函数获取了设备的报告描述符。此描述符包含了关于如何解释从该设备接收到的数据的关键信息。

尽管示例代码未展示解析报告描述符的细节，实际上，解析过程通常需要遍历描述符中的每一个字节，并识别其含义。这可能涉及到解析复杂的结构和嵌套的字段。开发者常常需要查阅HID规范和设备制造商提供的文档来正确完成这一任务。

对于希望深入了解HID报告描述符细节的开发者，可以使用专门的HID工具或库来帮助可视化和解释这些二进制结构，从而使编码和设备交互变得更加直观。

// 示例代码片段：解析报告描述符
// 通常需要一个解析库来帮助解析复杂的HID报告描述符
// 这里仅展示如何开始解析过程，具体实现会依赖于使用的库或工具

// 假设解析库已经导入，并且我们有函数 prototypes
void parse_report_descriptor(const unsigned char *desc, int len);

// 在main函数中，我们调用此函数来解析报告描述符