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ble与HID

HOGP

我们发现，电脑连接了蓝牙键盘就可以直接使用了，不需要配置任何东西，那么，这两者是怎么通讯的呢。我们使用的电脑windows系统内置一段程序来自动识别鼠标、键盘的数据， windows系统的这个程序和鼠标、键盘内部的程序的需要使用同一套规则，两者才能正常通讯。除了鼠标、键盘还有游戏手柄、多媒体控制器等等都可以使用这套规则，这类设备叫做HID（Human Interface Device）。在ble中，我们称这套规则为HOGP(HID Over GATT Profile)。

GAPP与HID

HOGP的层次比GAP、GATT协议要高一层，也就是HOGP是基于这两个协议的，也就是说，要实现HOGP首先需要实现GAP和GATT。
之前的内容说到，ble设备的通讯是基于GATT的，通讯的内容最小单元是Attribute，所以HOGP也不例外，而GATT的核心是属性表，程序中要做的就是维护属性表。我们来看看HOGP的属性表是怎么样的。

我们用电脑连接有些键盘、鼠标会看到能显示电池电量，这个也是通过GATT实现的，也就是一个普通的键盘中的ble的GATT实现了HID服务和电池服务。从上图也能看出来确实如此。
首先了解电池服务，这个比较简单，就三个属性：特征值、客户端特性配置（CCC）和特征展示格式。前两个在GATT那一章说过了，特征值就是实际要传输的电池电量数据，而这里的特征展示格式就是表示这个电池电量数据以什么样的方式来传输（是百分百还是其他、是毫安还是安、是带小数点还是放大了十倍）。
HID服务就比较复杂了，包含了五个属性。HID信息，用于显示这个HID的一些基础信息，它的值就是由这些部分组成，版本号、硬件本地化（一个本地ID，如果有多个HID服务，需要设置不同ID）和是否支持远程唤醒。

协议模式，我们发现，windows在启动的时候可以输入键盘的键值来进入bios模式，但是在进入bios模式的时候还没初始化HID的程序呢，那么键盘是怎么和他正常通讯的呢。所以HID设备需要支持两种模式，一种用于在系统HID程序初始化之前，使用更加底层的协议来通讯，另外一种在系统初始化了HID程序之后，也就是配置启动模式或报告模式。

控制点，一般蓝牙键盘是需要低功耗设计的，HID的保持连接是需要一直传输数据的，而射频是很耗电的，所以，在系统注销、长时间未检测到用户使用这个设备的时候，键盘应该能自动休眠，这个时候可以通过控制点这个属性通知键盘进入低功耗模式了（主动关闭HID连接等）。

报告地图，这个东西在USB HID那边叫做报告描述符。我们使用的键盘可能是87键、104键、108键，还有一些宏键盘是几个按键的，那么HOGP是怎么支持这些所有这些不同类型的键盘的呢？所以，键盘需要告诉系统，我有多少个键、我有多少个LED、我的键值从哪些到哪些等等。这些内容通过报告地图固定在键盘的芯片里面了。举个栗子。

//表示用途页为通用桌面设备 0x05, 0x01,                    // USAGE_PAGE (Generic Desktop) //表示用途为键盘 0x09, 0x06,                    // USAGE (Keyboard) //表示应用集合，必须要以END_COLLECTION来结束它，见最后的END_COLLECTION 0xa1, 0x01,                    // COLLECTION (Application) //表示用途页为按键 0x05, 0x07,                    //   USAGE_PAGE (Keyboard) //用途最小值，这里为左ctrl键 0x19, 0xe0,                    //   USAGE_MINIMUM (Keyboard LeftControl) //用途最大值，这里为右GUI键，即window键 0x29, 0xe7,                    //   USAGE_MAXIMUM (Keyboard Right GUI) //逻辑最小值为0 0x15, 0x00,                    //   LOGICAL_MINIMUM (0) //逻辑最大值为1 0x25, 0x01,                    //   LOGICAL_MAXIMUM (1) //报告大小（即这个字段的宽度）为1bit，所以前面的逻辑最小值为0，逻辑最大值为1 0x75, 0x01,                    //   REPORT_SIZE (1) //报告的个数为8，即总共有8个bits 0x95, 0x08,                    //   REPORT_COUNT (8) //输入用，变量，值，绝对值。像键盘这类一般报告绝对值， //而鼠标移动这样的则报告相对值，表示鼠标移动多少 0x81, 0x02,                    //   INPUT (Data,Var,Abs) //上面这这几项描述了一个输入用的字段，总共为8个bits，每个bit表示一个按键 //分别从左ctrl键到右GUI键。这8个bits刚好构成一个字节，它位于报告的第一个字节。 //它的最低位，即bit-0对应着左ctrl键，如果返回的数据该位为1，则表示左ctrl键被按下， //否则，左ctrl键没有按下。最高位，即bit-7表示右GUI键的按下情况。中间的几个位， //需要根据HID协议中规定的用途页表（HID Usage Tables）来确定。这里通常用来表示 //特殊键，例如ctrl，shift，del键等 //这样的数据段个数为1 0x95, 0x01,                    //   REPORT_COUNT (1) //每个段长度为8bits 0x75, 0x08,                    //   REPORT_SIZE (8) //输入用，常量，值，绝对值 0x81, 0x03,                    //   INPUT (Cnst,Var,Abs) //上面这8个bit是常量，设备必须返回0 //这样的数据段个数为5 0x95, 0x05,                    //   REPORT_COUNT (5) //每个段大小为1bit 0x75, 0x01,                    //   REPORT_SIZE (1) //用途是LED，即用来控制键盘上的LED用的，因此下面会说明它是输出用 0x05, 0x08,                    //   USAGE_PAGE (LEDs) //用途最小值是Num Lock，即数字键锁定灯 0x19, 0x01,                    //   USAGE_MINIMUM (Num Lock) //用途最大值是Kana，这个是什么灯我也不清楚^_^ 0x29, 0x05,                    //   USAGE_MAXIMUM (Kana) //如前面所说，这个字段是输出用的，用来控制LED。变量，值，绝对值。 //1表示灯亮，0表示灯灭 0x91, 0x02,                    //   OUTPUT (Data,Var,Abs) //这样的数据段个数为1 0x95, 0x01,                    //   REPORT_COUNT (1) //每个段大小为3bits 0x75, 0x03,                    //   REPORT_SIZE (3) //输出用，常量，值，绝对 0x91, 0x03,                    //   OUTPUT (Cnst,Var,Abs)     //由于要按字节对齐，而前面控制LED的只用了5个bit， //所以后面需要附加3个不用bit，设置为常量。 //报告个数为6 0x95, 0x06,                    //   REPORT_COUNT (6) //每个段大小为8bits 0x75, 0x08,                    //   REPORT_SIZE (8) //逻辑最小值0 0x15, 0x00,                    //   LOGICAL_MINIMUM (0) //逻辑最大值255 0x25, 0xFF,                    //   LOGICAL_MAXIMUM (255) //用途页为按键 0x05, 0x07,                    //   USAGE_PAGE (Keyboard) //使用最小值为0 0x19, 0x00,                    //   USAGE_MINIMUM (Reserved (no event indicated)) //使用最大值为0x65 0x29, 0x65,                    //   USAGE_MAXIMUM (Keyboard Application) //输入用，变量，数组，绝对值 0x81, 0x00,                    //   INPUT (Data,Ary,Abs) //以上定义了6个8bit宽的数组，每个8bit（即一个字节）用来表示一个按键，所以可以同时 //有6个按键按下。没有按键按下时，全部返回0。如果按下的键太多，导致键盘扫描系统 //无法区分按键时，则全部返回0x01，即6个0x01。如果有一个键按下，则这6个字节中的第一 //个字节为相应的键值（具体的值参看HID Usage Tables），如果两个键按下，则第1、2两个 //字节分别为相应的键值，以次类推。 //关集合，跟上面的对应 0xc0                           // END_COLLECTION

这个报告总共有8字节输入（一个字节ctrl~win键、一个字节led、六个字节普通按键，使用普通键可以一次发送六个），1字节输出。如果只有左ctrl键按下，则返回01 00 00 00 00 00 00 00（十六进制），如果只有数字键1 按下，则返回00 00 59 00 00 00 00 00，如果数字键1 和2 同时按下，则返回00 00 59 5A 00 00 00 00，如果再按下左shift 键，则返回02 00 59 5A 00 00 00 00，然后再释放1 键，则返回02 00 5A 00 00 00 00 00，然后全部按键释放，则返回00 00 00 00 00 00 00 00。这些数据（即报告）都是通过中断端点返回的。当按下Num Lock键时，PC会发送输出报告，从报告描述符中我们知道，Num Lock的LED对应着输出报告的最低位，当数字小键盘打开时，输出xxxxxxx1（二进制，打x的由其它的LED状态决定）；当数字小键盘关闭时，输出xxxxxxx0（同前）。取出最低位就可以控制数字键锁定LED了。

报告特征，有些键盘带有一个旋钮调节音量，所以这个键盘既是多媒体类型的HID又是键盘类型HID，但是只需要连接一个HID就能实现这个功能，这是因为报告地图实现了多种HID的配置，为了区分是那种HID以及这种HID的类型，使用报告特征来表示。
基础理论已经到此，下面是ESP32的程序分析。

ESP32程序分析