USB协议详解第10讲（USB描述符-报告描述符）

最新推荐文章于 2025-04-20 16:45:26 发布

LS·Cui

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分类专栏： # USB 2.0 文章标签：嵌入式硬件

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一、报告描述符的概念和作用

开门见山，报告描述符就是描述报告（HID接口上传输事务中的数据）的一组数据结构。

首先大家可能会问，报告又是什么？我们前面讲过，USB主机一般是以中断的方式向HID设备发送或者索取数据， 也就是说USB主机发送一个请求，设备要根据硬件操作，向主机提交自己的状态变化，例如鼠标，当主机给鼠标设备发送请求后，鼠标需要把自己当前位置信息发送给主机。其实大概应该清楚了，报告就是我们说的传输事务中的原生数据，如果是鼠标的话，这份报告则为鼠标左移、鼠标右移、鼠标滑轮滚动、鼠标左键、鼠标右键的当前状态数据的集合。

但是我们知道，我们看到的鼠标各各样，有很多鼠标是只有两个按键，有很多七八个按键，如下图，那么问题来了，这么多类型不一样的鼠标，主机是怎么知道鼠标设备发上来的一堆数据（报告）中哪个数据代表哪个按键，报告描述符来解决这个问题，这就是报告描述符的作用：就是描述HID设备数据的用途及属性。
在这里插入图片描述

主机在对HID设备进行枚举的时候，会拿到报告描述符，之后给设备发送数据或者接收到设备数据会按照报告描述符对数据的每一位进行解析。

报告描述符如果全面讲解可以单独成书（还真是两本书，书名为hid1_11.pdf和hut1_21_0.pdf，大家可以关注一个早起的程序员，然后点击下载获取），本篇文章会抓重点讲解，教会大家报告描述符的数据结构并举例，大家可以在学习过程中举一反三。

二、报告描述符中的通用项（Item）

我们知道了报告描述符的概念及作用之后，那么大家肯定想知道了报告描述符是怎么描述数据的，其实报告描述符是由一个一个通用项组成，每一个通用项可以描述一个或者多个相同功能的数据（比如同时描述8个按钮），包括数据的用途和各种属性。

三、通用项结构详解

Item有两种类型，Short Item和Long Item，结构组成如下，一般我们接触到的都是Short Item，本篇博文也主要讲解Short Item。

3.1 Short Item

在这里插入图片描述

3.2 Long Item

在这里插入图片描述
在 Short Item 中，起始的 1 Byte 代表了这个 Item 的大小和类型，如下：

3.3 Short Item组成详解

3.3.1 bSize

代表后面的数据，最大 4 bytes。

3.3.2 bType

代表了这个 Item 是什么类型的 Item，这里有三种大的类型：Main（0x00）、Global（0x01）、Local（0x02）。

3.3.3 bTag

代表在对应的 Item 下的更加细的分类，也可以称之为标签。

Main(0x00)	分为：Input、Output、Feature、Collection、End Collection。
Global(0x01)	分为：Usage Page、 Logical Minimum、Logical Maximum、Physical Minimum、Physical Maximum、Report Size、Report ID等等。
Local(0x02)	分为：Usage 、Usage Minimum、Usage Maximum、String 等等。

对于bSize + bType + bTag 的 1 Byte 的组合详见下表：在这里插入图片描述

四、Main、Global、Local标签功能

非常核心的核心：在阅读 Report 的时候，都是先用Global和Local标签说明数据项的各种相关属性，然后最后用一个Main标签进行输入输出说明，Main标签的出现就是一个数据项的结束。

前面提到通用项主要分为Main、Global、Local， 大家肯定会问为什么要分类，他们三个到底是用来做什么的，下面一一讲解。

Mian类标签：主要用来对数据项的描述（Input、Output、Feature）和管理（Collection、End Collection）。

描述数据项：比如一个这个数据项到底是主机输入还是输出；
管理数据项：比如把多个数据项组织到一起。

Global类标签：对数据项的描述，这个主要用来描述数据项的用途、数据逻辑范围、数据物理范围、数据大小、数据个数，它的用法和我们平时看到的全局变量特别像，当定义之后，之后的所有数据项都是使用定义的属性，除非再此定义，如下详细说明。
在这里插入图片描述
Local类标签：对数据项的描述，和Global标签的作用类似，它的用法和我们平时看到的局部变量特别像，就是作用于不一样，只在本数据内项生效。

五、核心标签功能

5.1 Usage Page和Usage

用于描述数据项的用途，这个标签非常复杂，当UsagePage变化时Usage子功能也会跟着变化，下面会详细讲解。也可以阅读文档“HID Usage Tables”获得更多使用细节，大家可以关注我，然后点击下载获取本书电子版，也可以去USB IF官网下载。

5.2 Logical Maximum

描述数据逻辑单元中的范围值。这是变量或数组项将要报告的最大值。例如设备报告的一个电压值读数是1V，而一个单位是 2mV ，则 Logical Maximum 值等于 500 。

5.3 Logical Minimum

描述数据逻辑单元中的范围值。这是变量或数组项将要报告的最小值。

5.4 Physical Maximum

描述数据真实的最大值，比如电压最大为2V，一个单位是 2mV ，则该值最大仍是2000mV，表示物理真实值。

5.5 Physical Minimum

描述数据真实的最小值。

5.6 Report Size

以位（bit）为单位指定数据的大小，无符号整数。

5.7 Report Count

无符号整数，指定总共需要多少个同类型的数据。

5.8 Input

此项数据为设备到主机的。

5.9 Output

此项数据为主机到设备的。

5.10 Report ID

报告的ID，一个报告描述符可以描述多个HID功能，主机通过报告的ID就知道是哪个HID功能硬件发送的数据。 举个例子，如果一个USB HID设备为键鼠一体的设备，就可以通过Report ID把键盘和鼠标的数据描述分开，这样可以实现面向对象管理，其实就是相当于实现了多个报告，设备在发送数据的时候，第一个字节永远是Report ID，如果是鼠标发送事务第一个字节（Report ID）为1，如果是键盘发送事务第一个字节（Report ID）则为2，这样分开描述数据其实也就是分开了事务功能本身，如果一个很复杂的HID设备在设计的思路上可以分治而行，可以大大减小设计难度。

5.11 Collection（集合）

用于对数据描述项进行组织和管理，和End Collection一起使用

六、STM32某鼠标设备报告描述符详细说明

在这里插入图片描述
上面的报告描述符实现一个鼠标设备，主要有3个数据描述项组成。 描述符总共描述了4个字节的报告（数据），数据描述项1描述了数据的第1个字节前3bit，代表鼠标的3个按钮，数据描述项2为了描述数据对齐操作，数据描述项3描述了数据的第2-4字节，代表鼠标的左右移动、上下移动、滚轮滚动的数据，这4个字节都是设备到主机的数据。其他的细节在注释里面讲解的很清楚。

假设设备给主机发送了当前最新4个字节的数据（报告），先低字节后高字节：0x01 0x00 0x00 0x00，主机会解析到鼠标左键被按下，鼠标没有移动，滑轮也没滚动，就是这样子理解的。

七、报告描述符用途查询

报告描述符Usage page和Usage可以通过hut1_21_0.pdf（HID Usage Tables ）文档查询，首先每一个Usage Pages下面都包含多种Usage，下面会说明所有的Usage Pages，每一个Usage Pase下面的Usage大家可以直接点击查看。
在这里插入图片描述
我们可以点击Generic Desktop Page (0x01)去查询下面更具体的Usage，如下：