基于Wave Panel的HID設(shè)備通訊接口設(shè)計

　　摘 要：HID 設(shè)備研發(fā)和使用中所面臨的重要問題之一是設(shè)備與主機應(yīng)用程序的通訊。文中以視頻編輯專用HID 設(shè)備Wave Panel 為基礎(chǔ)，首先簡要介紹了HID 設(shè)備的性能特點和Windows 環(huán)境下的HID 通訊機制，在此基礎(chǔ)上設(shè)計出一個實用的HID 設(shè)備通訊接口，該通訊接口利用相關(guān)Windows API 函數(shù)實現(xiàn)對HID 設(shè)備的識別。打開和關(guān)閉，并以異步模式完成設(shè)備與主機應(yīng)用程序的雙向通訊過程，最后在Wave Panel 對該接口進行了編程實驗。實驗結(jié)果證明該接口的通用性較好，能夠較好地實現(xiàn)HID 設(shè)備與主機應(yīng)用程序的通訊功能。

　　引 言

　　HID（Human Interface Device，人機接口設(shè)備）是一類低速USB 設(shè)備，典型的HID 設(shè)備有鍵盤。鼠標(biāo)。游戲桿等。相對于U 盤。打印機等高速USB 設(shè)備，HID 設(shè)備具有使用方便。響應(yīng)迅速。研發(fā)成本低廉等優(yōu)點，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。當(dāng)前HID 設(shè)備正在向?qū)Ｓ没较蚩焖侔l(fā)展 。

　　Wave Panel 是蘋果公司研發(fā)的視頻色彩編輯軟件Color 支持一型專用的數(shù)據(jù)輸入和顯示HID 設(shè)備，該設(shè)備面板上設(shè)置有按鍵。解碼器和二維跟蹤球三種控制器，能夠快捷。精確地對各類視頻色彩參數(shù)進行設(shè)置，并將控制和狀態(tài)信息同步顯示在設(shè)備微型顯示屏上，從而改變了傳統(tǒng)“鼠標(biāo)+鍵盤”的視頻編輯軟件控制方式.Wave Panel 沒有提供Windows 環(huán)境下與應(yīng)用程序通訊的功能，因此可基于Wave Panel 設(shè)計一個功能完備。通用性強的通訊接口，并加以驗證。這對企業(yè)和科研機構(gòu)根據(jù)實際需求靈活地配備和控制專用HID 設(shè)備有很大幫助。

　　1 ?Wave Panel 的性能特征

　　HID 設(shè)備除滿足USB 標(biāo)準(zhǔn)外，還具備一些與人機交互密切相關(guān)的特點，主要包括：

　　1）通常使用控制方式或中斷方式通訊。兩種傳輸方式的區(qū)別在于控制方式適用于對延遲沒有特別限制的數(shù)據(jù)，而中斷方式適用于低延遲。周期性的數(shù)據(jù) .Wave Panel 的數(shù)據(jù)傳輸方式為中斷方式。

　　2）單次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量小，且這些數(shù)據(jù)以狀態(tài)變化信息或控制信息為主。其中低速HID 設(shè)備單次傳輸數(shù)據(jù)最大為8 字節(jié)，全速設(shè)備為64 字節(jié)，高速設(shè)備為1024 字節(jié)。主機與HID 設(shè)備交換的數(shù)據(jù)存儲在報表（Report）結(jié)構(gòu)內(nèi) 。

　　Wave Panel 的輸入報表長度為27 字節(jié)，其中0 字節(jié)用于記錄報表ID，1 ~ 6 字節(jié)的前41 比特分別記錄41 個按鍵的按下或抬起狀態(tài)，另有7 比特未用，置為0;7 ~19 字節(jié)分別記錄13 個解碼器的狀態(tài)；20 ~25 字節(jié)每2 字節(jié)分別記錄一個二維跟蹤球X 軸和Y 軸的狀態(tài)；26 字節(jié)留作固件升級使用.Wave Panel 的輸出報表長度為41 字節(jié)，其中0 ~ 5 字節(jié)為控制命令，6 ~ 40字節(jié)為顯示信息的字符。

　　3）使用輪詢方式檢測設(shè)備狀態(tài)變化情況.HID 設(shè)備可能在任何時刻向主機發(fā)送數(shù)據(jù)，例如鼠標(biāo)發(fā)生移動或鍵盤有按鍵按下。所以HID 設(shè)備會在一個固定的時間間隔內(nèi)輪詢各控制口一次，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)有變化時生成輸入報表發(fā)送給主機 。但輪詢的間隔時間要由用戶對HID 設(shè)備的操作速度決定。如果間隔時間過小，則用戶來不及在兩次輪詢間隔內(nèi)完成一次操作；反之，又會使HID 設(shè)備的響應(yīng)速度無法與用戶的操作速度匹配，造成延遲 。

　　Wave Panel 規(guī)定，每40 毫秒對所有控制器端口輪詢一次，若其中任何一個控制器的狀態(tài)在兩次輪詢間隔內(nèi)發(fā)生改變，就會在下次輪詢前生成輸入報表發(fā)送給主機.40 毫秒是基于視頻每幀顯示時間而確定的。

　　2? HID 設(shè)備的通訊過程

　　HID 設(shè)備是Windows 操作系統(tǒng)最早支持的USB設(shè)備。在Windows 98 及以后的各版本中都已內(nèi)置了HID 設(shè)備的驅(qū)動程序，主機與HID 設(shè)備通訊時無須再編寫專門的驅(qū)動程序。這就簡化了HID 設(shè)備與主機應(yīng)用程序通訊接口的設(shè)計和研發(fā)。

　　通過分析，可以將HID 設(shè)備與主機應(yīng)用程序的通訊劃分為設(shè)備識別和打開。讀報表。寫報表和設(shè)備關(guān)閉四個模塊。

　　2. 1 Wave Panel 的識別和打開

　　HID 設(shè)備連接到主機后，以廠商ID（VID）。產(chǎn)品ID（PID）和產(chǎn)品版本號（PVN）三項屬性值的組合作為設(shè)備唯一標(biāo)識.Wave Panel 的三項屬性值可以從產(chǎn)品說明書直接獲取。由于一臺主機可能同時連接有多臺HID 設(shè)備，所以在通訊前應(yīng)用程序必須要識別并打開Wave Panel，這一過程需要調(diào)用多個Windows API函數(shù)實現(xiàn)?；痉椒ㄊ鞘紫全@取當(dāng)前與主機連接的所有HID 設(shè)備信息的集合，然后逐一枚舉集合中的各設(shè)備，并比較VID.PID 和PVN 值。當(dāng)三項屬性值都與Wave Panel 相等時表示已經(jīng)找到，調(diào)用CreateFile（）將該Wave Panel 打開，并保存Wave Panel 設(shè)備句柄。該模塊的流程如圖1 所示。