USB鍵盤特殊功能鍵的實現

摘要： 本文較為詳盡地介紹了在USB多媒體鍵盤系統中，特殊功能鍵的實現方法。
關鍵詞： 通用序列匯流排；系統特殊功能鍵；使用者特殊功能鍵；報告描述符

引言

    隨著電腦介面技術的日新月異，傳統的PS2鍵盤已不再對市場形成壟斷，USB鍵盤正在逐漸擴大市場佔有率。與此同時，USB鍵盤也在不斷完善自身的功能，由於傳統的107鍵結構鍵盤已無法滿足使用者的需要，所以帶有特殊功能鍵的USB多媒體鍵盤也就應運而生。

USB

    USB介面具有如下優點：隨插即用(Plug and Play)的特性，並具有自動檢測的功能；可擴充到127個裝置，支援熱插拔，無需關閉系統電源；最高可達480Mbps傳輸速率(USB2.0協議支援，USB1.1協議最大支援12Mbps)，可滿足大多數裝置的傳輸使用需要。

    USB的資料轉送共有四種類型：(1)控制傳輸；(2)中斷傳輸；(3)批量傳輸；(4)同步傳輸。在USB鍵盤中只用到控制傳輸和中斷傳輸。所有的USB裝置，必須通過系統列舉才可以正常使用。USB協議規定幾種必需的描述符：裝置描述符，配置描述符，介面描述符，端點描述符，HID描述符和報告描述符，鍵盤裝置列舉的過程，是裝置根據自身的具體實際把描述符按主機要求的順序和格式，通過D+和D-兩路差分資料線，發送給主機的根集線器。列舉成功後，裝置管理員中顯示此裝置為人體學輸入裝置[1]。列舉簡單流程1所示。

             圖1  裝置列舉流程圖

報告描述符

    一個USB多媒體鍵盤，共包含三種按鍵：普通按鍵，系統特殊功能鍵和使用者特殊功能鍵，其中系統特殊功能鍵有Sleep、Power和Wakeup三個，使用者特殊功能鍵較多，常用的有www, Mail , My Computer等。在USB列舉中，對鍵盤的特殊功能鍵的描述，主要是通過鍵盤的報告描述符(表1，表2)來實現的，即按照USB協議[2]的要求，將給定的報告描述符發送給主機，主機通過分析接收到的報告描述符，判斷出鍵盤的按鍵資訊，然後實現對按鍵的響應。下面給出列舉的報告描述符並詳細說明。

    描述符中0980表示其下的描述符是關於系統特殊功能鍵，定義頭位元組為02，第二個位元組表示索引值資訊，報告數值為3，表示有三個不同的健值需要發送。發送時，第二位元組每位從低位到高位順序置1，以表示不同索引值，向主機發送的資料如下：
POWER:
00000010 00000001 即02 01
SLEEP:
00000010 00000010 即02 02
WAKEUP:
00000010 00000100 即02 04
當按鍵抬起時，向主機發送零幀：即02 00

    報告描述符中050c,0901表示以下是使用者特殊功能鍵，定義字頭是03，報告長度為8，需要8位即一個位元組來表示所有的索引值資訊。不同的索引值，是通過對位元組從低到高的8位順序置1來表示，對於我們的報告描述符，按鍵PLAY/PAUSE送入主機的索引值應為：    00000011 00000001 即03 01 

    以下列舉三個常用按鍵按下時鍵盤向主機發送的索引值：

WWW：  報告描述符中第六個，送入主機的索引值應把第六位置1，即：
00000011 00100000  即03 20  

SEARCH: 報告描述符中第五個，送入主機的索引值應把第五位置1，即：
00000011 00010000  即03 10  

MAIL：  報告描述符中第二個，送入主機的索引值應把第二位置1，即：
00000011 00000010  即03 02 

    當按鍵抬起時，向主機發送零幀：   即03 00

系統方案

    我們使用Altera公司1K100QC208晶片作為系統的核心晶片，實現鍵盤掃描，編碼，USB介面以及整體系統控制的功能，配以Philips公司的P11A晶片，作為USB裝置的和主機之間的 transceiver，外加一個改裝後的帶特殊功能鍵的鍵盤,組成USB帶特殊功能鍵的鍵盤系統(圖2)。

               圖2  系統實現

結語

    通過以上方案，我們按照USB協議規定和主機通訊，實現了USB多媒體鍵盤特殊功能鍵部分的功能。

參考文獻：

1.  “Universal Serial Bus Specification Revision 1.1”，1998
2.  “Device Class Definition for Human Interface Devices(HID)”，2001