HID协议 - 技术栈

文章目录

- [🧩 一、HID协议的基本概念](#🧩 一、HID协议的基本概念)
- - [1. **什么是 HID？**](#1. 什么是 HID？)
- [🧱 二、HID 协议结构与组成](#🧱 二、HID 协议结构与组成)
- - [1. **描述符（Descriptor）系统**](#1. 描述符（Descriptor）系统)
  - [2. **报告（Report）类型**](#2. 报告（Report）类型)
- [📡 三、通信过程（以 USB 为例）](#📡 三、通信过程（以 USB 为例）)
- - [USB HID设备的典型枚举流程：](#USB HID设备的典型枚举流程：)
- [🖱️ 四、HID 示例：USB 鼠标](#🖱️ 四、HID 示例：USB 鼠标)
- [🔄 五、HID 报文的传输方式](#🔄 五、HID 报文的传输方式)
- - [USB中断传输（Interrupt Transfer）：](#USB中断传输（Interrupt Transfer）：)
- [🔒 六、HID 的优点](#🔒 六、HID 的优点)
- [🔧 七、HID 自定义设备](#🔧 七、HID 自定义设备)
- [📚 八、HID 与其他协议对比](#📚 八、HID 与其他协议对比)
- [✅ 总结](#✅ 总结)

HID（Human Interface Device，人机接口设备）协议是一种用于描述人类与计算机之间交互设备（如鼠标、键盘、游戏手柄、触摸板等）通信的协议标准。它最初由 USB-IF（USB Implementers Forum）定义，用于 USB 接口，但后来也被应用于 Bluetooth、I2C、SPI 等其他总线中。

🧩 一、HID协议的基本概念

1. 什么是 HID？

是一种设备类协议（而不是某一具体的设备或硬件接口），归属于 USB 协议族中的一种。
目的是使主机能够识别不同种类的人机交互设备，并以统一方式与之通信。

🧱 二、HID 协议结构与组成

HID 设备使用 Report（报文） 作为数据交换的最小单位，通过**描述符（Descriptor）**告诉主机如何解释这些数据。

1. 描述符（Descriptor）系统

HID 协议通过多个层级的描述符，来告诉主机：

我是谁（设备信息）
我有什么功能（报告结构）
数据是如何组织的

主要描述符：

描述符类型	作用
Device Descriptor	USB设备的基本信息（VID、PID、版本号）
Configuration Descriptor	USB设备的配置信息
Interface Descriptor	描述该设备的一个接口
HID Descriptor	说明该接口是 HID 类型，并指定报告描述符的位置
Report Descriptor（重点）	描述数据的格式与含义，例如鼠标坐标、按钮状态

✅ Report Descriptor 是 HID 的核心，它定义了设备发送的数据的结构，而不是数据本身。

2. 报告（Report）类型

HID 数据以 Report（报告） 的形式传输，分为三类：

类型	用途
Input Report	设备 → 主机，如鼠标移动、键盘按键
Output Report	主机 → 设备，如键盘灯状态
Feature Report	配置类信息，主机和设备都可发起

📡 三、通信过程（以 USB 为例）

USB HID设备的典型枚举流程：

设备插入 → 主机通过控制传输读取描述符。
主机读取 HID 描述符和 Report 描述符。
主机理解数据结构（例如：鼠标的 X、Y、按键）。
建立中断传输通道（Interrupt Transfer）进行周期性通信。
持续传输数据：如鼠标报告当前位置、键盘报告按键值。

🖱️ 四、HID 示例：USB 鼠标

Report Descriptor 示例（简化）：

c 复制代码

0x05, 0x01,        // Usage Page (Generic Desktop)
0x09, 0x02,        // Usage (Mouse)
0xA1, 0x01,        // Collection (Application)
  0x09, 0x01,      //   Usage (Pointer)
  0xA1, 0x00,      //   Collection (Physical)
    0x05, 0x09,    //     Usage Page (Buttons)
    0x19, 0x01,    //     Usage Minimum (Button 1)
    0x29, 0x03,    //     Usage Maximum (Button 3)
    0x15, 0x00,    //     Logical Minimum (0)
    0x25, 0x01,    //     Logical Maximum (1)
    0x95, 0x03,    //     Report Count (3)
    0x75, 0x01,    //     Report Size (1)
    0x81, 0x02,    //     Input (Data, Variable, Absolute)
    ...

表示：设备是鼠标，有3个按钮，有X、Y方向的坐标数据。
报文示例：[0x00, 0x03, 0xFA]
- 第一个字节代表按键状态（如 Bit0=左键）
- 后两个字节是 X、Y 坐标的偏移

🔄 五、HID 报文的传输方式

USB中断传输（Interrupt Transfer）：

HID 设备不会占用总线，只在数据变化时发送。
鼠标、键盘等周期性发送数据（每 10ms 一次）
数据传输不大，但传输延迟低，实时性强。

🔒 六、HID 的优点

📦 无需驱动：多数系统内置了 HID 驱动，免去了驱动开发。
🎮 适用广泛：支持鼠标、键盘、游戏手柄等。
🔧 高度可配置：通过报告描述符，自定义复杂数据结构。
🌐 跨平台支持好：Windows、Linux、MacOS、安卓等都支持。

🔧 七、HID 自定义设备

你也可以开发一个自定义的 HID 设备（如测量仪表、遥控器），只需：

编写符合 HID 报告描述符的描述结构
将采集到的数据填入报告中发送给主机
主机端使用通用 HID 接口读取数据（如 libhid、hidraw、hidapi）

📚 八、HID 与其他协议对比

特性	HID	CDC（串口）	MSC（大容量存储）
驱动支持	操作系统原生支持	一般需安装驱动	操作系统原生支持
通信模式	中断传输	流式传输	块传输
实时性	高	中	低
应用场景	键盘、鼠标等	串口调试工具等	U盘、存储设备

✅ 总结

HID 协议是一种成熟、灵活、无需额外驱动的人机接口协议，支持丰富设备类型。其核心在于 描述符 + 报告结构，设备和主机基于这个定义进行双向通信。

如果你是嵌入式开发者，想实现一个自定义 HID 外设（如触摸笔、遥控器），只需要掌握：

HID Report Descriptor 的编写方法
正确组织数据并通过中断发送
主机端可以用 hidapi、WinUSB、Linux hidraw 等读取