文章/答案/技术大牛

发布

linux hid usb通讯

在 Linux 系统中，与 USB HID（Human Interface Device，如键盘、鼠标、游戏手柄等）设备进行通信通常涉及以下几个步骤：

1. 识别 USB HID 设备

1.1 使用 `lsusb` 查看连接的 USB 设备

首先，使用 lsusb 命令列出所有连接的 USB 设备：

lsusb

示例输出：

Bus 001 Device 002: ID 1234:5678 Vendor Name Product Name

Bus 和 Device 编号用于标识设备位置。
ID 是设备的厂商 ID（Vendor ID, VID）和产品 ID（Product ID, PID）。

1.2 使用 `lsinput` 或 `evtest` 查看 HID 输入设备

HID 设备通常作为输入设备出现在 /dev/input/ 目录下。可以使用以下命令查看：

使用 `lsinput`（需要安装 `input-utils`）

sudo apt-get install input-utils  # Debian/Ubuntu
sudo yum install input-utils      # CentOS/RHEL
lsinput

使用 `evtest`（需要安装 `evtest`）

sudo apt-get install evtest  # Debian/Ubuntu
sudo yum install evtest      # CentOS/RHEL
sudo evtest

evtest 会列出所有输入设备，并允许你选择设备进行事件监控。

1.3 使用 `dmesg` 查看内核日志

插入 USB HID 设备后，使用 dmesg 查看内核日志，确认设备是否被正确识别：

dmesg | grep usb

2. 理解 HID 报告描述符

HID 设备通过报告描述符定义其数据格式。理解报告描述符对于自定义通信至关重要。

2.1 使用 `hidrd` 解析报告描述符

hidrd 是一个工具，可以将二进制报告描述符转换为人类可读的格式。

安装 `hidrd`

sudo apt-get install hid-tools  # 包含 hidrd

获取报告描述符

首先，找到设备的路径。假设设备在 /dev/hidraw0：

sudo hidrd-convert /dev/hidraw0

或者，如果设备支持，可以通过 usbhid-dump 获取：

sudo apt-get install usbhid-dump  # 需要安装
sudo usbhid-dump

注意：并非所有设备都允许直接读取报告描述符，某些设备可能需要特定的驱动程序或权限。

2.2 示例报告描述符解析

一个简单的 HID 报告描述符可能如下：

USAGE_PAGE (Generic Desktop)
USAGE (Keyboard)
COLLECTION (Application)
    USAGE_PAGE (Keyboard/Keypad)
    USAGE_MINIMUM (Keyboard LeftControl)
    USAGE_MAXIMUM (Keyboard Right GUI)
    LOGICAL_MINIMUM (0)
    LOGICAL_MAXIMUM (101)
    REPORT_SIZE (1)
    REPORT_COUNT (8)
    INPUT (Data,Var,Abs)
    ...
END_COLLECTION

此描述符定义了一个键盘设备，包含 8 个按键的状态。

3. 使用标准工具进行通信

Linux 提供了一些标准工具和接口，用于与 HID 设备进行通信。

3.1 使用 `libusb` 进行低级 USB 通信

libusb 是一个用户空间的 USB 库，允许应用程序直接与 USB 设备通信。

安装 `libusb`

sudo apt-get install libusb-1.0-0-dev  # Debian/Ubuntu
sudo yum install libusb-devel          # CentOS/RHEL

示例代码：枚举 USB 设备

以下是一个简单的 C 程序，使用 libusb 枚举 USB 设备：

#include <stdio.h>
#include <libusb-1.0/libusb.h>

int main() {
    libusb_context *ctx = NULL;
    libusb_device **devs;
    ssize_t cnt;

    // 初始化 libusb
    if (libusb_init(&ctx) < 0) {
        fprintf(stderr, "初始化 libusb 失败\n");
        return 1;
    }

    // 获取设备列表
    cnt = libusb_get_device_list(ctx, &devs);
    if (cnt < 0) {
        fprintf(stderr, "获取设备列表失败\n");
        libusb_exit(ctx);
        return 1;
    }

    printf("找到 %ld 个 USB 设备\n", cnt);

    // 遍历设备
    for (ssize_t i = 0; i < cnt; i++) {
        libusb_device *dev = devs[i];
        struct libusb_device_descriptor desc;
        if (libusb_get_device_descriptor(dev, &desc) == 0) {
            printf("设备 %04x:%04x\n", desc.idVendor, desc.idProduct);
        }
    }

    // 释放设备列表
    libusb_free_device_list(devs, 1);
    libusb_exit(ctx);
    return 0;
}

编译和运行

gcc -o list_usb list_usb.c -lusb-1.0
sudo ./list_usb

注意：访问 USB 设备通常需要超级用户权限，因此使用 sudo 运行程序。

3.2 使用 `hidapi` 进行 HID 设备通信

hidapi 是一个跨平台的库，简化了与 HID 设备的通信。

安装 `hidapi`

sudo apt-get install libhidapi-dev  # Debian/Ubuntu
# 对于 CentOS/RHEL，可能需要从源码编译

示例代码：读取 HID 设备数据

以下是一个简单的 C 程序，使用 hidapi 读取 HID 设备的数据：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <hidapi/hidapi.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    if (argc != 2) {
        printf("用法: %s <设备路径>\n", argv[0]);
        return 1;
    }

    const char *device_path = argv[1];
    hid_device *handle;

    // 初始化 hidapi
    if (hid_init() != 0) {
        fprintf(stderr, "初始化 hidapi 失败\n");
        return 1;
    }

    // 打开设备
    handle = hid_open_path(device_path);
    if (!handle) {
        fprintf(stderr, "无法打开设备: %s\n", device_path);
        hid_exit();
        return 1;
    }

    // 读取数据
    unsigned char buf[64];
    int res = hid_read(handle, buf, sizeof(buf));
    if (res > 0) {
        printf("读取到 %d 字节数据:\n", res);
        for (int i = 0; i < res; i++) {
            printf("%02x ", buf[i]);
        }
        printf("\n");
    } else if (res == -1) {
        fprintf(stderr, "读取失败\n");
    } else {
        printf("没有数据可读\n");
    }

    // 关闭设备并退出
    hid_close(handle);
    hid_exit();
    return 0;
}

编译和运行

gcc -o read_hid read_hid.c -lhidapi-hidraw
sudo ./read_hid /dev/hidraw0

确保你知道正确的设备路径（如 /dev/hidraw0）。
可能需要根据具体设备调整缓冲区大小和读取逻辑。

4. 编写自定义程序进行通信（高级）

对于更复杂的 HID 设备，可能需要编写自定义的驱动程序或用户空间程序，直接与内核交互。

4.1 使用 `libusb` 进行自定义通信

以下是一个使用 libusb 发送和接收数据的示例：

示例代码：发送和接收数据

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <libusb-1.0/libusb.h>

#define VENDOR_ID  0x1234  // 替换为你的设备的 VID
#define PRODUCT_ID 0x5678  // 替换为你的设备的 PID

int main() {
    libusb_context *ctx = NULL;
    libusb_device_handle *dev_handle = NULL;
    int r; // 返回值
    unsigned char data[64]; // 数据缓冲区

    // 初始化 libusb
    r = libusb_init(&ctx);
    if (r < 0) {
        fprintf(stderr, "初始化 libusb 失败\n");
        return 1;
    }

    // 打开设备
    dev_handle = libusb_open_device_with_vid_pid(ctx, VENDOR_ID, PRODUCT_ID);
    if (dev_handle == NULL) {
        fprintf(stderr, "无法打开设备\n");
        libusb_exit(ctx);
        return 1;
    }

    // 断开内核驱动（如果已附加）
    if (libusb_kernel_driver_active(dev_handle, 0)) {
        libusb_detach_kernel_driver(dev_handle, 0);
    }

    // 声明接口
    r = libusb_claim_interface(dev_handle, 0);
    if (r < 0) {
        fprintf(stderr, "无法声明接口\n");
        libusb_close(dev_handle);
        libusb_exit(ctx);
        return 1;
    }

    // 发送数据示例
    data[0] = 0x01; // 示例数据
    int actual_length;
    r = libusb_bulk_transfer(dev_handle, 0x01 /* 端点地址 */, data, sizeof(data), &actual_length, 5000);
    if (r == 0 && actual_length > 0) {
        printf("发送 %d 字节数据\n", actual_length);
    } else {
        fprintf(stderr, "发送失败: %d\n", r);
    }

    // 接收数据示例
    memset(data, 0, sizeof(data));
    r = libusb_bulk_transfer(dev_handle, 0x81 /* 端点地址 */, data, sizeof(data), &actual_length, 5000);
    if (r == 0 && actual_length > 0) {
        printf("接收 %d 字节数据:\n", actual_length);
        for (int i = 0; i < actual_length; i++) {
            printf("%02x ", data[i]);
        }
        printf("\n");
    } else {
        fprintf(stderr, "接收失败: %d\n", r);
    }

    // 释放接口并关闭设备
    libusb_release_interface(dev_handle, 0);
    libusb_close(dev_handle);
    libusb_exit(ctx);
    return 0;
}

编译和运行

gcc -o usb_comm usb_comm.c -lusb-1.0
sudo ./usb_comm

替换 VENDOR_ID 和 PRODUCT_ID 为你的设备的实际值。
端点地址（如 0x01 和 0x81）需要根据设备的通信协议确定。
某些设备可能需要特定的初始化序列或配置。

4.2 使用 `hidraw` 进行自定义通信

如果设备通过 hidraw 接口暴露，可以直接读写 /dev/hidrawX 设备文件。

示例代码：读写 `/dev/hidrawX`

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>

#define DEVICE_PATH "/dev/hidraw0" // 替换为你的设备路径

int main() {
    int fd;
    unsigned char buf[64];

    // 打开设备
    fd = open(DEVICE_PATH, O_RDWR | O_NONBLOCK);
    if (fd == -1) {
        fprintf(stderr, "无法打开设备 %s: %s\n", DEVICE_PATH, strerror(errno));
        return 1;
    }

    // 发送数据示例
    memset(buf, 0, sizeof(buf));
    buf[0] = 0x01; // 示例数据
    ssize_t bytes_written = write(fd, buf, 64);
    if (bytes_written < 0) {
        fprintf(stderr, "写入失败: %s\n", strerror(errno));
    } else {
        printf("写入 %zd 字节数据\n", bytes_written);
    }

    // 接收数据示例
    memset(buf, 0, sizeof(buf));
    ssize_t bytes_read = read(fd, buf, sizeof(buf));
    if (bytes_read < 0) {
        fprintf(stderr, "读取失败: %s\n", strerror(errno));
    } else if (bytes_read > 0) {
        printf("读取 %zd 字节数据:\n", bytes_read);
        for (int i = 0; i < bytes_read; i++) {
            printf("%02x ", buf[i]);
        }
        printf("\n");
    } else {
        printf("没有数据可读\n");
    }

    // 关闭设备
    close(fd);
    return 0;
}

编译和运行

gcc -o hidraw_comm hidraw_comm.c
sudo ./hidraw_comm

确保你知道正确的设备路径（如 /dev/hidraw0）。
可能需要根据具体设备的通信协议调整发送和接收的数据格式。

5. 调试和故障排除

5.1 检查权限问题

访问 /dev/hidrawX 或进行 USB 通信通常需要超级用户权限。如果遇到权限错误，可以：

使用 sudo 运行程序。
将用户添加到 plugdev 或 dialout 组（取决于发行版）：sudo usermod -aG plugdev $USER sudo usermod -aG dialout $USER 然后重新登录。

5.2 验证设备连接

确保设备已正确连接并被系统识别：

lsusb
ls /dev/hidraw*

5.3 检查内核模块

某些 HID 设备可能需要特定的内核模块。可以使用 lsmod 查看已加载的模块，并根据需要加载：

lsmod | grep hid
sudo modprobe hid-generic

5.4 使用调试工具

usbmon：用于捕获 USB 流量。 sudo modprobe usbmon sudo wireshark # 需要安装 Wireshark 并配置 usbmon 接口
dmesg：查看内核日志，排查设备识别和通信问题。 dmesg | tail -n 50

6. 示例项目

6.1 使用 Python 进行 HID 通信

Python 提供了 hidapi 的绑定，可以简化 HID 设备的通信。

安装 `pyhidapi`

pip install hidapi

示例代码：读取 HID 数据

import hid

# 替换为你的设备的 VID 和 PID
VENDOR_ID = 0x1234
PRODUCT_ID = 0x5678

try:
    # 打开设备
    device = hid.device()
    device.open(VENDOR_ID, PRODUCT_ID)

    # 设置非阻塞模式（可选）
    device.set_nonblocking(1)

    # 读取数据
    while True:
        data = device.read(64)  # 读取最多64字节
        if data:
            print("接收到数据:", [hex(x) for x in data])
        else:
            # 没有数据可读时，可以进行其他操作
            pass

except IOError as ex:
    print(f"无法打开设备: {ex}")
finally:
    if 'device' in locals():
        device.close()

确保安装了 libhidapi 库。
根据设备的具体协议调整读取逻辑。

7. 高级主题

7.1 自定义 HID 报告描述符

如果需要开发自定义 HID 设备，可能需要设计自定义的报告描述符。这通常涉及：

使用 HID 工具（如 hidrd）解析和生成报告描述符。
编写固件时，按照 HID 规范定义输入、输出和功能报告。

7.2 固件开发

对于自定义 HID 设备，可能需要开发固件。常用的微控制器（如 Arduino、ESP32、STM32）都有支持 HID 的库和示例代码。

Arduino 示例：创建一个简单的 HID 键盘

#include <Keyboard.h>

void setup() {
  // 初始化键盘
  Keyboard.begin();
  delay(1000);
  // 发送按键
  Keyboard.press(KEY_LEFT_GUI); // Windows 键
  Keyboard.press('r');
  delay(100);
  Keyboard.releaseAll();
  delay(100);
  Keyboard.print("notepad");
  delay(500);
  Keyboard.press(KEY_RETURN);
  Keyboard.releaseAll();
}

void loop() {
  // 主循环
}