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基于STM32的USB键盘制作（保姆级）（二）_瀚文 键盘 代码讲解

作者：繁依Fanyi0 | 2024-02-14 20:49:28

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瀚文 键盘 代码讲解

 

系列文章目录
第一节  USB协议及建立USB-HID工程

第二节  配置描述符及HID报文格式

第三节  PCB按键映射（基于稚晖君开源）

 

 

前言

本文主要在上一节的基础上，对相关的设备以及报文描述符配置，实现USB键盘。

 

一、配置函数的定位汇总

这里只是汇总各个配置在哪个文件中，方便笔者后续复习时，方便查找。可先看下一部分，再回来看这。

生成后的工程文件夹如下图：（划斜线的为笔者自己创建的）

fc1a731d65e4421fa2c05e25b198eb34.png

在USB_DEVICE/App路径下的usbd_desc.c及其头文件包含了设备描述符。

即配置VID信息，USB版本以及速度等信息，保持默认即可（如下图），还有一些其他描述符，具体有什么用，需了解USB协议发送的具体过程。这里笔者没深究。

 0c4119dc540149fa99d56e74339c5595.png

usb_device.c主要写的USB初始化的相关操作，其中定义了USB的句柄，后续在main函数以及其他函数要用时需要声明（extern USBD_HandleTypeDef hUsbDeviceFS;）

usbd_custom.hid_if.c文件则是配置后续要发送报文的格式（即要送的报文代表什么含义，要发送多少个字节）。（需要修改的文件）。

在Middlewares文件夹下的usbd_customhid.c文件则包含了配置描述符（PC要对该USB口配置成什么类型，输出电流大小等信息，是否支持3.0，配置为HS、FS、或其他速度）。其头文件还定义各种报文以及缓冲区的大小。（需要修改的文件）。

72b95ff84df34f7983ea6f45d3bd9118.png

a46bf0a7de8c4d548cb76fc8039dd913.png

二、具体配置

1.设备配置报文的修改

打开usbd_customhid.c文件，找到如下代码，每一行配置的什么，后面都有注释详解的。

因为笔者这款芯片只支持FS模式，且在cubemx中也选择的FS模式，故修改FS这个数组，若为HS或其他速度模式，则在C文件下翻，找到对应的修改即可。

  1. __ALIGN_BEGIN static uint8_t USBD_CUSTOM_HID_CfgFSDesc[USB_CUSTOM_HID_CONFIG_DESC_SIZ] __ALIGN_END =
  2. {
  3.   0x09, /* bLength: Configuration Descriptor size */
  4.   USB_DESC_TYPE_CONFIGURATION, /* bDescriptorType: Configuration */
  5.   USB_CUSTOM_HID_CONFIG_DESC_SIZ,
  6.   /* wTotalLength: Bytes returned */
  7.   0x00,
  8.   0x01,         /*bNumInterfaces: 1 interface*/
  9.   0x01,         /*bConfigurationValue: Configuration value*/
  10.   0x00,         /*iConfiguration: Index of string descriptor describing
  11.   the configuration*/
  12.   0xC0,         /*bmAttributes: bus powered */
  13.   0x32,         /*MaxPower 100 mA: this current is used for detecting Vbus*/
  14.  
  15.   /************** Descriptor of CUSTOM HID interface ****************/
  16.   /* 09 */
  17.   0x09,         /*bLength: Interface Descriptor size*/
  18.   USB_DESC_TYPE_INTERFACE,/*bDescriptorType: Interface descriptor type*/
  19.   0x00,         /*bInterfaceNumber: Number of Interface*/
  20.   0x00,         /*bAlternateSetting: Alternate setting*/
  21.   0x02,         /*bNumEndpoints*/
  22.   0x03,         /*bInterfaceClass: CUSTOM_HID*/
  23.   0x00,         /*bInterfaceSubClass : 1=BOOT, 0=no boot*/
  24.   0x00,         /*nInterfaceProtocol : 0=none, 1=keyboard, 2=mouse*/
  25.   0,            /*iInterface: Index of string descriptor*/
  26.   /******************** Descriptor of CUSTOM_HID *************************/
  27.   /* 18 */
  28.   0x09,         /*bLength: CUSTOM_HID Descriptor size*/
  29.   CUSTOM_HID_DESCRIPTOR_TYPE, /*bDescriptorType: CUSTOM_HID*/
  30.   0x11,         /*bCUSTOM_HIDUSTOM_HID: CUSTOM_HID Class Spec release number*/
  31.   0x01,
  32.   0x00,         /*bCountryCode: Hardware target country*/
  33.   0x01,         /*bNumDescriptors: Number of CUSTOM_HID class descriptors to follow*/
  34.   0x22,         /*bDescriptorType*/
  35.   USBD_CUSTOM_HID_REPORT_DESC_SIZE,/*wItemLength: Total length of Report descriptor*/
  36.   0x00,
  37.   /******************** Descriptor of Custom HID endpoints ********************/
  38.   /* 27 */
  39.   0x07,          /*bLength: Endpoint Descriptor size*/
  40.   USB_DESC_TYPE_ENDPOINT, /*bDescriptorType:*/
  41.  
  42.   CUSTOM_HID_EPIN_ADDR,     /*bEndpointAddress: Endpoint Address (IN)*/
  43.   0x03,          /*bmAttributes: Interrupt endpoint*/
  44.   CUSTOM_HID_EPIN_SIZE, /*wMaxPacketSize: 2 Byte max */
  45.   0x00,
  46.   CUSTOM_HID_FS_BINTERVAL,          /*bInterval: Polling Interval */
  47.   /* 34 */
  48.  
  49.   0x07,          /* bLength: Endpoint Descriptor size */
  50.   USB_DESC_TYPE_ENDPOINT, /* bDescriptorType: */
  51.   CUSTOM_HID_EPOUT_ADDR,  /*bEndpointAddress: Endpoint Address (OUT)*/
  52.   0x03, /* bmAttributes: Interrupt endpoint */
  53.   CUSTOM_HID_EPOUT_SIZE,  /* wMaxPacketSize: 2 Bytes max  */
  54.   0x00,
  55.   CUSTOM_HID_FS_BINTERVAL,  /* bInterval: Polling Interval */
  56.   /* 41 */
  57. };

修改此三行

  0x32, /*MaxPower 100 mA: this current is used for detecting Vbus*/

  0x00,         /*bInterfaceSubClass : 1=BOOT, 0=no boot*/

  0x00,         /*nInterfaceProtocol : 0=none, 1=keyboard, 2=mouse*/

0x32表示为该口提供的最大输出电流。（0x32换算十进制即50，再×2 即100）即这里提供最大100ma输出电流。USB2.0最大提供输出500ma电流，即最大设置为0xFA；

这里使用的开发板且只有一个按键，0x32绰绰有余。若单独画PCB制作键盘，设置0xFA

0x00,         /*bInterfaceSubClass : 1=BOOT, 0=no boot*/这里设置有无BOOT

笔者还不太了解这块，故给的0x00

0x00,         /*nInterfaceProtocol : 0=none, 1=keyboard, 2=mouse*/这里设置0x01表示键盘。

其他不变

 

2.键盘报文描述符设置

在usbd_custom.hid_if.c这个文件中。

题外话：具体为什么这样配置，参考这篇文章：HID报文讲解_skdev的博客-CSDN博客

想做其他操作，可以配合手册和生成软件，实现其他HID类设备

7266561689d9467ba89011f874cc121d.png

具体配置：找到   __ALIGN_BEGIN static uint8_t CUSTOM_HID_ReportDesc_FS[USBD_CUSTOM_HID_REPORT_DESC_SIZE] __ALIGN_END =  这个数组

将其中内容修改为：

  1. __ALIGN_BEGIN static uint8_t CUSTOM_HID_ReportDesc_FS[USBD_CUSTOM_HID_REPORT_DESC_SIZE] __ALIGN_END =
  2. {
  3.         0x05, 0x01,         //   Usage Page (Generic Desktop),
  4.         0x09, 0x06,         //   Usage (Keyboard),
  5.         0xA1, 0x01,         //   Collection (Application),
  6.         0x85, 0x01,                    //     REPORT_ID (1)
  7.         // bitmap of modifiers
  8.         0x75, 0x01,         //   Report Size (1),
  9.         0x95, 0x08,         //   Report Count (8),
  10.         0x05, 0x07,       //   Usage Page (Key Codes),
  11.         0x19, 0xE0,       //   Usage Minimum (224),
  12.         0x29, 0xE7,       //   Usage Maximum (231),
  13.         0x15, 0x00,       //   Logical Minimum (0),
  14.         0x25, 0x01,       //   Logical Maximum (1),
  15.         0x81, 0x02,       //   Input (Data, Variable, Absolute), ;Modifier byte
  16.         // bitmap of keys
  17.         0x95, 0x78,       //   Report Count (120),
  18.         0x75, 0x01,       //   Report Size (1),
  19.         0x15, 0x00,       //   Logical Minimum (0),
  20.         0x25, 0x01,       //   Logical Maximum(1),
  21.         0x05, 0x07,       //   Usage Page (Key Codes),
  22.         0x19, 0x00,       //   Usage Minimum (0),
  23.         0x29, 0x77,       //   Usage Maximum (),
  24.         0x81, 0x02,       //   Input (Data, Variable, Absolute),
  25.   0xC0    /*     END_COLLECTION	             */      
  26. };

 细数一共有41个字节，故USBD_CUSTOM_HID_REPORT_DESC_SIZE这个宏定义要修改为41

即这个描述数组有多少个字节，USBD_CUSTOM_HID_REPORT_DESC_SIZE这个宏定义就必须是多少，有一点误差都会导致识别失败。

在usbd_conf.h这个头文件里面修改USBD_CUSTOM_HID_REPORT_DESC_SIZE的大小

c634af851b74454bab596518b892c6d0.png

修改为41，数字后面的U表示无符号数。

此时，我们保存编译下载到单片机。

b703fc29053e405d95e89e674991ea07.png

会发现，识别到键盘设备，到此，成功一大半了。接下来进行按键发送报文。

上述报文描述符格式对应下图这种表。（已打包到资源文件）

792890e94eea4fd7a6cfccce0cc5b426.png

3.按键发送报文数据

首先单独新建一个C文件和一个头文件，写报文发送函数。

新建一个枚举体，存放要放入的HID报文数据。

（枚举体小知识点：未给初始值时，默认值由0开始，之后自加1赋值

即：下列枚举体中的RESERVED=0,则ERROR_ROLL_OVER=1，POST_FAIL=2...以此类推。）

  1.   typedef enum 
  2.     {
  3.         /*------------------------- HID report data -------------------------*/
  4.         LEFT_CTRL = -8,LEFT_SHIFT = -7,LEFT_ALT = -6,LEFT_GUI = -5,
  5.         RIGHT_CTRL = -4,RIGHT_SHIFT = -3,RIGHT_ALT = -2,RIGHT_GUI = -1,
  6.  
  7.         RESERVED = 0,ERROR_ROLL_OVER,POST_FAIL,ERROR_UNDEFINED,
  8.         A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L,M,
  9.         N,O,P,Q,R,S,T,U,V,W,X,Y,Z,
  10.         NUM_1/*1!*/,NUM_2/*2@*/,NUM_3/*3#*/,NUM_4/*4$*/,NUM_5/*5%*/,
  11.         NUM_6/*6^*/,NUM_7/*7&*/,NUM_8/*8**/,NUM_9/*9(*/,NUM_0/*0)*/,
  12.         ENTER,ESC,BACKSPACE,TAB,SPACE,
  13.         MINUS/*-_*/,EQUAL/*=+*/,LEFT_U_BRACE/*[{*/,RIGHT_U_BRACE/*]}*/,
  14.         BACKSLASH/*\|*/,NONE_US/**/,SEMI_COLON/*;:*/,QUOTE/*'"*/,
  15.         GRAVE_ACCENT/*`~*/,COMMA/*,<*/,PERIOD/*.>*/,SLASH/*/?*/,
  16.         CAP_LOCK,F1,F2,F3,F4,F5,F6,F7,F8,F9,F10,F11,F12,
  17.         PRINT,SCROLL_LOCK,PAUSE,INSERT,HOME,PAGE_UP,DELETE,END,PAGE_DOWN,
  18.         RIGHT_ARROW,LEFT_ARROW,DOWN_ARROW,UP_ARROW,PAD_NUM_LOCK,
  19.         PAD_SLASH,PAD_ASTERISK,PAD_MINUS,PAD_PLUS,PAD_ENTER,
  20.         PAD_NUM_1,PAD_NUM_2,PAD_NUM_3,PAD_NUM_4,PAD_NUM_5,
  21.         PAD_NUM_6,PAD_NUM_7,PAD_NUM_8,PAD_NUM_9,PAD_NUM_0,
  22.         PAD_PERIOD , NONUS_BACKSLASH,APPLICATION,POWER,PAD_EQUAL,
  23.         F13,F14,F15,F16,F17,F18,F19,F20,F21,F22,F23,F24, EXECUTE,
  24.         HELP,MENU,SELECT,STOP,AGAIN,UNDO,CUT,COPY,PASTE,FIND,MUTE,VOLUME_UP,VOLUME_DOWN,
  25.         FN = 1000
  26.         /*------------------------- HID report data -------------------------*/
  27.     }KeyCode_t;

一共128个位，即16个字节（对应上文的报文描述数组）。一个位表示一个按键。接下来定义uint8_t hidbuffer[17];一个17位的数组。有17位的原因：第一个字节表示是ID号，后16个字节表示按键的状态，即128位，一位对应一个按键。（比如hidbuffer[1]=0x01，其他均为0，就表示LEFT_RIGHT这个按键被按下了。）（发送的报文： 0表示没按下，1表示没按下）

现在就可以写按键检测并发送函数了：

  1. uint8_t hidbuffer[17];
  2. extern USBD_HandleTypeDef hUsbDeviceFS;
  3.  
  4. void keyboard()
  5. {
  6.     memset(hidbuffer,0,17);
  7.     hidbuffer[0] = 1;
  8.     if((HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC,GPIO_PIN_5))==0)
  9.     {
  10.         DelayUs(100);
  11.        if((HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC,GPIO_PIN_5))==0)
  12.        {
  13.          hidbuffer[3] = 0x01;
  14.        }
  15.     }
  16.     USBD_CUSTOM_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,hidbuffer,17);
  17. }

memset函数在"string.h"这个头文件中，这个函数的作用是将hidbuffer这个数组全部请0。

hidbuffer【0】=1；即ID号等于1，即是键盘的ID号（在上面报文描述数组中0x85，0x01这一句设置的）。这里因为我用的开发板只用了一个按键，故我把这个按键表示为E，"E"键在枚举体中是第17个，即在hidbuffer数组中就是hidbuffer【3】的第0位。

DelayUs（100）；是为了按键消抖，让hidbuffer【3】=0x01，即表示按键按下时，让对应"E"这位等于1.然后发送报文即可（利USBD_CUSTOM_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,hidbuffer,17);这个函数，该函数在 "usbd_customhid.h"中）

注：需要hUsbDeviceFS这个结构体不是在main中定义的，而是在USB_DEVICE.H中，故需要写 extern USBD_HandleTypeDef hUsbDeviceFS;

main函数调用即可，延时1ms表示1ms扫描一次按键。

5ce58c8a29a043ccabdf5ed073b39e18.png

 然后编译烧录进单片机，开始测试

4d1320ae7214498b97122825ce42f8f9.png

测试正常。至此实现完成。

4.值得注意的几个点

发送报文数据需要及时发送。否则PC机一直读的上一次报文，导致按键一直在被打印。

将HAL_DELAY（1）改为1000，相当于1秒扫描一次，并发送报文。此时烧录进单片机，按下按键一次会发现"e"键在一直被打印，因为没有即使更新报文（即以及松开了，没发送过去）。

消抖若过久，会导致有时候按下，并没有反应。因为有可能按下这个时间，程序还在上一次消抖那里延时。

笔者曾想，按下一个按键实现给主机保送多个不同的数据，比如按下一个按键就输入了密码这种操作，但在多次发送过程中，要么乱序，要么一直发送，目前未解决。（想了下，如果一个按键就输入了全部密码，那还要密码干嘛，就没继续研究了）

附录：工程代码下载链接：https://download.csdn.net/download/qq_21566881/87078754

HID手册及配置工具下载链接：https://download.csdn.net/download/qq_21566881/87073789?spm=1001.2014.3001.5503

（审核完成后上传）

 

2022.11.21补充：

0ec299d7cfbd42d7960cd3317d38fbd2.png

推荐下载这个软件 查看电脑接受到的报文数据，根据接受的数据来调试

软件叫BUS HOUND 几MB大小，上手很快 

 

 

总结

本文实现了STM32的USB-HID键盘的应用，下一篇文章将介绍基于稚晖君开源DIY的瀚文键盘的按键映射源码分析，看完下一篇后，便可动手画PCB板，DIY自己的一个USB键盘。

 

 

 

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