USB入门系列之七 —USB的描述符及各种描述符之间的依赖关系

USB是个通用的总线，端口都是统一的。但是USB设备却各种各样，
例如USB鼠标，USB键盘，U盘等等，那么USB主机是如何识别出不同的
设备的呢？这就要依赖于描述符了。
    USB的描述符主要有设备描述符，配置描述符，接口描述符，
端点描述符，字符串描述符，HID描述符，报告描述符等等。
关于报告描述符，请看我以前写的：《USB HID报告及报告描述符简介 》

    一个USB设备有一个设备描述符，设备描述符里面决定了该设备有多
少种配置，每种配置描述符对应着配置描述符；而在配置描述符中又定义
了该配置里面有多少个接口，每个接口有对应的接口描述符；在接口描
述符里面又定义了该接口有多少个端点，每个端点对应一个端点描述符；
端点描述符定义了端点的大小，类型等等。由此我们可以看出，USB的
描述符之间的关系是一层一层的，最上一层是设备描述符，下面是配置
描述符，再下面是接口描述符，再下面是端点描述符。在获取描述符时，
先获取设备描述符，然后再获取配置描述符，根据配置描述符中的配置
集合长度，一次将配置描述符、接口描述符、端点描述符一起一次读回。
其中可能还会有获取设备序列号，厂商字符串，产品字符串等。
   
     每种描述符都有自己独立的编号，如下：
#define DEVICE_DESCRIPTOR               0x01  //设备描述符
#define CONFIGURATION_DESCRIPTOR        0x02  //配置描述符
#define STRING_DESCRIPTOR               0x03  //字符串描述符
#define INTERFACE_DESCRIPTOR            0x04  //接口描述符
#define ENDPOINT_DESCRIPTOR             0x05  //端点描述符
   
下面分别详细介绍一下各描述符。

1.设备描述符

//定义标准的设备描述符结构

typedef struct _DEVICE_DCESCRIPTOR_STRUCT
{
 BYTE blength;                               //设备描述符的字节数大小
 BYTE bDescriptorType;                      //设备描述符类型编号
 WORD bcdUSB;                                //USB版本号
 BYTE bDeviceClass;                          //USB分配的设备类代码
 BYTE bDeviceSubClass;                       //USB分配的子类代码
 BYTE bDeviceProtocol;                       //USB分配的设备协议代码
 BYTE bMaxPacketSize0;                       //端点0的最大包大小
 WORD idVendor;                              //厂商编号
 WORD idProduct;                             //产品编号
 WORD bcdDevice;                             //设备出厂编号
 BYTE iManufacturer;                         //设备厂商字符串的索引
 BYTE iProduct;                              //描述产品字符串的索引
 BYTE iSerialNumber;                         //描述设备序列号字符串的索引
 BYTE bNumConfigurations;                    //可能的配置数量
}
DEVICE_DESCRIPTOR_STRUCT, * pDEVICE_DESCRIPTOR_STRUCT;

//实际的设备描述符示例
code DEVICE_DESCRIPTOR_STRUCT device_descriptor=   //设备描述符
{
 sizeof(DEVICE_DESCRIPTOR_STRUCT),                   //设备描述符的字节数大小，这里是18字节
 DEVICE_DESCRIPTOR,                              //设备描述符类型编号，设备描述符是01
 0x1001,   //USB版本号，这里是USB01.10，即USB1.1。由于51是大端模式，所以高低字节交换
 0x00,                                 //USB分配的设备类代码，0表示类型在接口描述符中定义
 0x00,                                 //USB分配的子类代码，上面一项为0时，本项也要设置为0
 0x00,                                //USB分配的设备协议代码，上面一项为0时，本项也要设置为0
 0x10,                                //端点0的最大包大小，这里为16字节
 0x7104,                             //厂商编号，这个是需要跟USB组织申请的ID号，表示厂商代号。
 0xf0ff,        //该产品的编号，跟厂商编号一起配合使用，让主机注册该设备并加载相应的驱动程序
 0x0100,       //设备出厂编号
 0x01,        //设备厂商字符串的索引，在获取字符串描述符时，使用该索引号来识别不同的字符串
 0x02,        //描述产品字符串的索引，同上
 0x03,         //描述设备序列号字符串的索引，同上
 0x01                        //可能的配置数为1，即该设备只有一个配置
};

2.配置描述符

//定义标准的配置描述符结构

typedef struct _CONFIGURATION_DESCRIPTOR_STRUCT
{
 BYTE bLength;                               //配置描述符的字节数大小
 BYTE bDescriptorType;                       //配置描述符类型编号
 WORD wTotalLength;                          //此配置返回的所有数据大小
 BYTE bNumInterfaces;                        //此配置所支持的接口数量
 BYTE bConfigurationValue;                   //Set_Configuration命令所需要的参数值
 BYTE iConfiguration;                        //描述该配置的字符串的索引值
 BYTE bmAttributes;                          //供电模式的选择
 BYTE MaxPower;                              //设备从总线提取的最大电流
}
CONFIGURATION_DESCRIPTOR_STRUCT, * pCONFIGURATION_DESCRIPTOR_STRUCT;

2.接口描述符

//定义标准的接口描述符结构

typedef struct _INTERFACE_DESCRIPTOR_STRUCT
{
 BYTE bLength;                               //接口描述符的字节数大小
 BYTE bDescriptorType;                       //接口描述符的类型编号
 BYTE bInterfaceNumber;                      //该接口的编号
 BYTE bAlternateSetting;                     //备用的接口描述符编号
 BYTE bNumEndpoints;                         //该接口使用的端点数，不包括端点0
 BYTE bInterfaceClass;                       //接口类型
 BYTE bInterfaceSubClass;                    //接口子类型
 BYTE bInterfaceProtocol;                    //接口遵循的协议
 BYTE iInterface;                            //描述该接口的字符串索引值
}
INTERFACE_DESCRIPTOR_STRUCT, * pINTERFACE_DESCRIPTOR_STRUCT;

4.端点描述符

//定义标准的端点描述符结构

typedef struct _ENDPOINT_DESCRIPTOR_STRUCT
{
 BYTE bLegth;                                //端点描述符字节数大小
 BYTE bDescriptorType;                       //端点描述符类型编号
 BYTE bEndpointAddress;                      //端点地址及输入输出属性
 BYTE bmAttributes;                          //端点的传输类型属性
 WORD wMaxPacketSize;                        //端点收、发的最大包大小
 BYTE bInterval;                             //主机查询端点的时间间隔
}
ENDPOINT_DESCRIPTOR_STRUCT, * pENDPOINT_DESCRIPTOR_STRUCT;

下面是一个配置描述符集合的定义
typedef struct _CON_INT_ENDP_DESCRIPTOR_STRUCT
{
 CONFIGURATION_DESCRIPTOR_STRUCT configuration_descriptor;
 INTERFACE_DESCRIPTOR_STRUCT  interface_descritor;
 ENDPOINT_DESCRIPTOR_STRUCT  endpoint_descriptor[ENDPOINT_NUMBER];
}CON_INT_ENDP_DESCRIPTOR_STRUCT;

配置描述符集合的示例

code CON_INT_ENDP_DESCRIPTOR_STRUCT con_int_endp_descriptor=  //配置描述符集合
{
//configuration_descriptor                     //配置描述符
{
 sizeof(CONFIGURATION_DESCRIPTOR_STRUCT),      //配置描述符的字节数大小，这里为9
 CONFIGURATION_DESCRIPTOR,                     //配置描述符类型编号，配置描述符为2
 (sizeof(CONFIGURATION_DESCRIPTOR_STRUCT)+
 sizeof(INTERFACE_DESCRIPTOR_STRUCT)+
 sizeof(ENDPOINT_DESCRIPTOR_STRUCT)*ENDPOINT_NUMBER)*256+
 (sizeof(CONFIGURATION_DESCRIPTOR_STRUCT)+
 sizeof(INTERFACE_DESCRIPTOR_STRUCT)+
 sizeof(ENDPOINT_DESCRIPTOR_STRUCT)*ENDPOINT_NUMBER)/256,   //配置描述符集合的总大小
 0x01,                                  //只包含一个接口
 0x01,                                  //该配置的编号
 0x00,                                  //iConfiguration字段
 0x80,                                  //采用总线供电，不支持远程唤醒
 0xC8                                   //从总线获取最大电流400mA
},
//interface_descritor                   //接口描述符
{
 sizeof(INTERFACE_DESCRIPTOR_STRUCT),   //接口描述符的字节数大小，这里为9
 INTERFACE_DESCRIPTOR,                  //接口描述符类型编号，接口描述符为3
 0x00,                                  //接口编号为4
 0x00,                                  //该接口描述符的编号为0
 ENDPOINT_NUMBER,                       //非0端点数量为2，只使用端点主端点输入和输出
 0x08,                                  //定义为USB大容量存储设备
 0x06,                                  //使用的子类，为简化块命令
 0x50,                                  //使用的协议，这里使用单批量传输协议
 0x00                                   //接口描述符字符串索引，为0，表示没有字符串
},

//endpoint_descriptor[]
{
 {                                     //主端点输入描述
  sizeof(ENDPOINT_DESCRIPTOR_STRUCT),  //端点描述符的字节数大小，这里为7
  ENDPOINT_DESCRIPTOR,                 //端点描述符类型编号，端点描述符为5
  MAIN_POINT_IN,                       //端点号，主输入端点
  ENDPOINT_TYPE_BULK,                  //使用的传输类型，批量传输
  0x4000,                              //该端点支持的最大包尺寸，64字节
  0x00                                 //中断扫描时间，对批量传输无效
 },
 
 {                                     //主端点输出描述
  sizeof(ENDPOINT_DESCRIPTOR_STRUCT),  //端点描述符的字节数大小，这里为7
  ENDPOINT_DESCRIPTOR,                 //端点描述符类型编号，端点描述符为5
  MAIN_POINT_OUT,                      //端点号，主输出端点
  ENDPOINT_TYPE_BULK,                  //使用的传输类型，批量传输
  0x4000,                              //该端点支持的最大包尺寸，64字节
  0x00                                 //中断扫描时间，对批量传输无效
 }
}
};

其中关于端点的类型定义如下
//定义的端点类型
#define ENDPOINT_TYPE_CONTROL           0x00  //控制传输
#define ENDPOINT_TYPE_ISOCHRONOUS       0x01  //同步传输
#define ENDPOINT_TYPE_BULK              0x02  //批量传输
#define ENDPOINT_TYPE_INTERRUPT         0x03  //中断传输

端点号的定义如下
#define MAIN_POINT_OUT           0x02   //2号输出端点
#define MAIN_POINT_IN            0x82   //2号输入端点