Arduino 控制USB设备（6）解析USB鼠标的例子（上）

zoologist 发表于 2015-8-27 21:37:49

前面介绍了USB键盘的使用，这里介绍一下USB鼠标的调用。根据【参考1】的文章进行实验，这次我们的目标是：获得鼠标移动按键信息，串口输出之。

首先运行一下之前的取得描述符的工具抓取一下描述符：

Descriptor of HP Mouse
Start
Device addressed... Requesting device descriptor.
Device descriptor:

Descriptor Length: 12
USB version: 2.0
Class: 00 Use class information in the Interface Descriptor
Subclass: 00
Protocol: 00
Max.packet size: 08
Vendor ID: 046D
Product ID: C077
Revision ID: 6700
Mfg.string index: 01 Length: 18 Contents: Logitech
Prod.string index: 02 Length: 36 Contents: USB Optical Mouse
Serial number index: 00
Number of conf.: 01

Configuration number 0
Total configuration length: 34 bytes

Configuration descriptor:
Total length: 0022
Number of interfaces: 01
Configuration value: 01
Configuration string: 00
Attributes: A0 Remote Wakeup
Max.power: 31 98ma

Interface descriptor:
Interface number: 00
Alternate setting: 00
Endpoints: 01
Class: 03 HID (Human Interface Device)
Subclass: 01
Protocol: 02
Interface string: 00

HID descriptor:
Descriptor length: 09 9 bytes
HID version: 1.11
Country Code: 0 Not Supported
Class Descriptors: 1
Class Descriptor Type: 22 Report
Class Descriptor Length:67 bytes

HID report descriptor:

Length: 1 Type: Global Tag: Usage Page Generic Desktop Controls Data: 01
Length: 1 Type: Local Tag: Usage Data: 02
Length: 1 Type: Main Tag: Collection Application (mouse, keyboard) Data: 01
Length: 1 Type: Local Tag: Usage Data: 01
Length: 1 Type: Main Tag: Collection Physical (group of axes) Data: 00
Length: 1 Type: Global Tag: Usage Page Button Data: 09
Length: 1 Type: Local Tag: Usage Minimum Data: 01
Length: 1 Type: Local Tag: Usage Maximum Data: 08
Length: 1 Type: Global Tag: Logical Minimum Data: 00
Length: 1 Type: Global Tag: Logical Maximum Data: 01
Length: 1 Type: Global Tag: Report Size Data: 01
Length: 1 Type: Global Tag: Report Count Data: 08
Length: 1 Type: Main Tag: Input Data,Variable,Absolute………
Length: 1 Type: Global Tag: Usage Page Generic Desktop Controls Data: 01
Length: 2 Type: Global Tag: Logical Minimum Data: 01 Data: F8
Length: 2 Type: Global Tag: Logical Maximum Data: FF Data: 07
Length: 1 Type: Global Tag: Report Size Data: 0C
Length: 1 Type: Global Tag: Report Count Data: 02
Length: 1 Type: Local Tag: Usage Data: 30
Length: 1 Type: Local Tag: Usage Data: 31
Length: 1 Type: Main Tag: Input Data,Variable,Relative………
Length: 1 Type: Global Tag: Logical Minimum Data: 81
Length: 1 Type: Global Tag: Logical Maximum Data: 7F
Length: 1 Type: Global Tag: Report Size Data: 08
Length: 1 Type: Global Tag: Report Count Data: 01
Length: 1 Type: Local Tag: Usage Data: 38
Length: 1 Type: Main Tag: Input Data,Variable,Relative………
Length: 1 Type: Global Tag: Usage Page Consumer Data: 0C
Length: 2 Type: Local Tag: Usage Data: 38 Data: 02
Length: 1 Type: Global Tag: Report Count Data: 01
Length: 1 Type: Main Tag: Input Data,Variable,Relative………
Length: 0 Type: Main Tag: End Collection
Length: 0 Type: Main Tag: End Collection

Endpoint descriptor:
Endpoint address: 01 Direction: IN
Attributes: 03 Transfer type: Interrupt
Max.packet size: 0006
Polling interval: 0A 10 ms

根据上面的结果，计算长度应该是1x8+Cx2+8x1=40 bits= 5 bytes ,修改【参考1】的代码如下：

#include "Max3421e.h"
#include "Usb.h"

#define DEVADDR 1
#define CONFVALUE 1

void setup();
void loop();

MAX3421E Max;
USB Usb;

void setup()
{
Serial.begin( 115200 );
Serial.println("Start");
Max.powerOn();
delay( 200 );
}

void loop()
{
byte rcode;
Max.Task();
Usb.Task();
if( Usb.getUsbTaskState() == USB_STATE_CONFIGURING ) {
   mouse0_init();
}//if( Usb.getUsbTaskState() == USB_STATE_CONFIGURING...
if( Usb.getUsbTaskState() == USB_STATE_RUNNING ) {//poll the keyboard
   rcode = mouse0_poll();
   if( rcode ) {
      Serial.print("Mouse Poll Error: ");
      Serial.println( rcode, HEX );
   }//if( rcode...
}//if( Usb.getUsbTaskState() == USB_STATE_RUNNING...
}
/* Initialize mouse */
void mouse0_init( void )
{
byte rcode = 0;//return code
/**/
Usb.setDevTableEntry( 1, Usb.getDevTableEntry( 0,0 ) );          //copy device 0 endpoint information to device 1
/* Configure device */
rcode = Usb.setConf( DEVADDR, 0, CONFVALUE );
if( rcode ) {
Serial.print("Error configuring mouse. Return code : ");
Serial.println( rcode, HEX );
while(1);//stop
}//if( rcode...

Usb.setUsbTaskState( USB_STATE_RUNNING );
return;
}
/* Poll mouse using Get Report and print result */
byte mouse0_poll( void )
{
byte rcode,i;
char buf[ 4 ] = { 0 };    //mouse buffer
static char old_buf[ 4 ] = { 0 };//last poll
/* poll mouse */
rcode = Usb.getReport( DEVADDR, 0, 4, 0, 1, 0, buf );
if( rcode ) {//error
   return( rcode );
}
for( i = 0; i < 4; i++) {//check for new information
   if( buf[ i ] != old_buf[ i ] ) { //new info in buffer
   break;
   }
}
if( i == 4 ) {
   return( 0 );//all bytes are the same
}
/* print buffer */
if( buf[ 0 ] & 0x01 ) {
   Serial.print("Button1 pressed ");
}
if( buf[ 0 ] & 0x02 ) {
   Serial.print("Button2 pressed ");
}
if( buf[ 0 ] & 0x04 ) {
   Serial.print("Button3 pressed ");
}
Serial.println("");
Serial.print("X-axis: ");
Serial.println( buf[ 1 ], DEC);
Serial.print("Y-axis: ");
Serial.println( buf[ 2 ], DEC);
Serial.print("Wheel: ");
Serial.println( buf[ 3 ], DEC);

for( i = 0; i < 4; i++ ) {
   old_buf[ i ] = buf[ i ];//copy buffer
}
Serial.println("");
return( rcode );
}

运行结果

完整代码下载

看起来按键和X Y都已经正确，但是 wheel 并不正常。再仔细研究代码，取出来的信息长度和描述符中的不一致。就是说，程序虽然能够运行也能够取到变化的值，但是解读有误。

再进一步研读 Descriptor
Length: 1 Type: Global Tag: Usage Page Generic Desktop Controls Data: 01
Length: 2 Type: Global Tag: Logical Minimum Data: 01 Data: F8 //最小 F801 = 1111 1000 0000 0001 = -2047
Length: 2 Type: Global Tag: Logical Maximum Data: FF Data: 07//最大 07FF = 0000 0111 1111 1111 = 2047
Length: 1 Type: Global Tag: Report Size Data: 0C //这里指出了上面数值的大小是 12位
Length: 1 Type: Global Tag: Report Count Data: 02
Length: 1 Type: Local Tag: Usage Data: 30 // X
Length: 1 Type: Local Tag: Usage Data: 31 // Y

应该是意味着2个12bits长度的数值,对应X Y 分配如下，其中 X 和Y应该是最高的符号位

根据这个改写程序，按照上面的表格取值再拼接起来，特别需要注意的是，我发现Arduino在不同尺寸的数据转换上似乎有一些bug，我只能把值放在 unsigned long int中然后才能进行拼接和输出的动作。

Serial.print("X-axis: ");
x=((libuf & 0xF)<<8)+(libuf & 0xFF );
if (x & 0x800) {
   Serial.print("-");
   x = ((~x) & 0x7FF) +1;
}

Serial.println(x, HEX);

Serial.print("Y-axis: ");
y=(((libuf>>4) & 0xF) +((libuf & 0xFF )<<4));
if (y & 0x800) {
   Serial.print("-");
   y = ((~y) & 0x7FF) +1;
}
Serial.println(y, HEX);

最终，程序可以正常执行。

工作正常的程序如下：

#include "Max3421e.h"
#include "Usb.h"

#define DEVADDR 1
#define CONFVALUE 1

void setup();
void loop();

MAX3421E Max;
USB Usb;

void setup()
{
Serial.begin( 115200 );
Serial.println("Start");
Max.powerOn();
delay( 200 );
}

void loop()
{
byte rcode;
Max.Task();
Usb.Task();
if( Usb.getUsbTaskState() == USB_STATE_CONFIGURING ) {
   mouse0_init();
}//if( Usb.getUsbTaskState() == USB_STATE_CONFIGURING...
if( Usb.getUsbTaskState() == USB_STATE_RUNNING ) {//poll the keyboard
   rcode = mouse0_poll();
   if( rcode ) {
      Serial.print("Mouse Poll Error: ");
      Serial.println( rcode, HEX );
   }//if( rcode...
}//if( Usb.getUsbTaskState() == USB_STATE_RUNNING...
}
/* Initialize mouse */
void mouse0_init( void )
{
byte rcode = 0;//return code
/**/
Usb.setDevTableEntry( 1, Usb.getDevTableEntry( 0,0 ) );          //copy device 0 endpoint information to device 1
/* Configure device */
rcode = Usb.setConf( DEVADDR, 0, CONFVALUE );
if( rcode ) {
Serial.print("Error configuring mouse. Return code : ");
Serial.println( rcode, HEX );
while(1);//stop
}//if( rcode...

Usb.setUsbTaskState( USB_STATE_RUNNING );
return;
}
/* Poll mouse using Get Report and print result */
byte mouse0_poll( void )
{
byte rcode,i;
char buf[ 5 ] = { 0 };    //mouse buffer
static char old_buf[ sizeof(buf) ] = { 0 };//last poll
unsigned long int libuf[ sizeof(buf) ];
unsigned long int x;
unsigned long int y;

/* poll mouse */
rcode = Usb.getReport( DEVADDR, 0, sizeof(buf), 0, 1, 0, buf );
if( rcode ) {//error
   return( rcode );
}
for( i = 0; i < sizeof(buf); i++) {//check for new information
   if( buf[ i ] != old_buf[ i ] ) { //new info in buffer
   break;
   }
}
if( i == sizeof(buf)) {
   return( 0 );//all bytes are the same
}
/* print buffer */
if( buf[ 0 ] & 0x01 ) {
   Serial.print("Button1 pressed ");
}
if( buf[ 0 ] & 0x02 ) {
   Serial.print("Button2 pressed ");
}
if( buf[ 0 ] & 0x04 ) {
   Serial.print("Button3 pressed ");
}

for( i = 0; i < sizeof(buf); i++ ) {
   old_buf[ i ] = buf[ i ];//copy buffer
   libuf[ i] = buf;
}

//Serial.print(libuf,HEX); Serial.print("");
//Serial.print(libuf,HEX); Serial.print("");
//Serial.print(libuf,HEX); Serial.print("");
//Serial.print(libuf,HEX); Serial.print("");
//Serial.println("");

Serial.print("X-axis: ");
x=((libuf & 0xF)<<8)+(libuf & 0xFF );
if (x & 0x800) {
   Serial.print("-");
   x = ((~x) & 0x7FF) +1;
}

Serial.println(x, HEX);

Serial.print("Y-axis: ");
y=(((libuf>>4) & 0xF) +((libuf & 0xFF )<<4));
if (y & 0x800) {
   Serial.print("-");
   y = ((~y) & 0x7FF) +1;
}
Serial.println(y, HEX);

Serial.print("Wheel: ");
Serial.println(buf & 0xFF, HEX);
return( rcode );
}

完整代码下载：

补遗：在运行中，我还发现了一个奇怪的问题，鼠标向一个方向移动，会出现最大值。意思是：比如，向右一直移动鼠标，输出达到 7FF 之后，继续右移，输出值会维持在 7FF 而不会变化。没有找到直接描述这个问题的资料，不过有一些类似的介绍【参考2】，上面提到USB鼠标在送出数据的时候，会有两种方式，一种是Relative ，一种是Absolute。差别在于，比如前者输出（1，1），意思是告诉系统鼠标移动了(1,1)；而后者如果输出 (1,1)则是告诉系统，鼠标移动到(1,1)。看起来，我这个鼠标描述符中提到的是Relative，但是实际输出是 Absolute。

Length: 1 Type: Global Tag: Report Size Data: 0C
Length: 1 Type: Global Tag: Report Count Data: 02
Length: 1 Type: Local Tag: Usage Data: 30
Length: 1 Type: Local Tag: Usage Data: 31
Length: 1 Type: Main Tag: Input Data,Variable,Relative………

于此可以形成对照的是 Wheel，每次滚动之后，很快会再次输出一个 0 的位置，下次再给出新的滚动值。
至于Windows 下，根据资料，系统会自动根据鼠标信息计算出一个大概范围方便使用（比如，屏幕是 1024x768，鼠标是Relative -100到+100的话，如果不做优化，从左上到右下需要做几次才行）。而我用的这个鼠标，声明自己是Relative，但是实际上发出Absolute，只是因为自己的范围很大（-7FF到+7FF）,所以也不会有什么感觉。
上述只是猜测，是目前已知的最合理的解释而已。使用逻辑分析仪分析USB鼠标信息得到的结果相同。

逻辑分析仪抓取的结果，Windows使用 Interrupt 方式来和鼠标通讯

下面展示一下USB逻辑分析仪抓到的启动时的一些信息，首先是 Overview

zoologist 发表于 2015-8-27 21:54:23

不清楚为什么VendorID 居然是罗技的，一种可能是因为这个是假的HP鼠标，乱写一个ID；另外的可能是HP 找罗技代工的。

可以看到，MaxPower确实是一个很古怪的数值：98ma

接下来是最重要的HID 描述符

参考：
1.https://www.circuitsathome.com/communicating-arduino-with-hid-devices-part-1
2.http://www.microchip.com/forums/m482197.aspx MOUSE HID / Resolution problem

zoologist 发表于 2015-8-27 21:56:16

PINKWALKMAN 发表于 2015-8-28 14:38:24

大神，没看明白这个可以用来干啥？
最近用Labview控制鼠标按时自动打卡的外挂，效果还不错。

zoologist 发表于 2015-8-28 15:12:07

PINKWALKMAN 发表于 2015-8-28 14:38 static/image/common/back.gif
大神，没看明白这个可以用来干啥？
最近用Labview控制鼠标按时自动打卡的外挂，效果还不错。

前几天用这个做了一个鼠标尺 http://www.guokr.com/post/696209/

PINKWALKMAN 发表于 2015-8-28 17:49:53

zoologist 发表于 2015-8-28 15:12 static/image/common/back.gif
前几天用这个做了一个鼠标尺 http://www.guokr.com/post/696209/

搜嘎！还是蛮好玩的。

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