【低功耗蓝牙】⑤ HID协议

八卦谈佚名 ▪ 2022-12-14 11:58:49

摘要

本文章主要介绍了蓝牙HID协议的实现方法，基于ESP32平台实现了蓝牙键盘，蓝牙鼠标，蓝牙自拍杆和蓝牙游戏手柄等设备，是初学者学习BLE HID协议很好的参考文章。

HID设备

HID（Human Interface Device）人体学接口设备，是生活中常见的输入设备，比如键盘鼠标游戏手柄等等。早期的HID是设备大部分都是通过USB接口来实现，蓝牙技术出现后，通过蓝牙作为传输层，实现了无线HID设备。通过低功耗蓝牙实现的HID功能一般简称为HOGP(HID over Gatt Profile)。

蓝牙HID设备的实现

任何低功耗蓝牙模块都可以通过软件开发实现HID功能，一个蓝牙模块要实现HID的功能，一般需满足如下两个条件：

一、在广播数据中广播HID的UUID，设备外观，设备名称等信息。

HID服务的UUID是0x1812，键盘的外观是0x03C1，鼠标的外观是0x03C2，游戏手柄的外观是0x03C3。

二、在GATT中实现HID要求的服务和特性。

0x1812是HID Service的UUID，必须要使用该UUID实现服务。

0x2A4A是HID Information 的特性UUID，主要功能是展示HID的信息，其值为4个字节，前两个字节是HID版本，一般填入0x01，0x01，表示版本号为1.1。第三个字节是Country Code，一般填入0x00。第四个字节是HID Flags，一般填入0x02，表示Normally Connectable。

0x2A4B是Report Map的特性UUID，主要功能是描述HID设备与HID主机数据交互的方式，即二者之间所发送的数据每一位的含义。

0x2A4C是Control Point的特性UUID，该特性一定要可Write ，HID主机通过该特性告知HID设备主机的状态，比如电脑休眠后会告知蓝牙键盘也进入低功耗模式。

0x2A4D是HID设备与HID主机之间交互数据(Report)的特性UUID。对于键盘设备，当某个按键按下时，HID设备发送数据到HID主机；当开关CapsLock，NumsLook和ScrollLook功能时，HID主机将相关指示灯的状态发送给HID键盘。所以键盘设备需要两个UUID为0x2A4D的特性，一个用于发送数据，另一个用于接收数据(使用UUID为0x2908的描述来区分)。而对于鼠标，游戏手柄这种只发送数据给电脑的设备，只需要定义一个0x2A4D的特性用来发送数据就可以了(当然定义两个也不会出错)。

0x2A4E是协议模式的特性UUID，对于键盘和鼠标这两种设备，可能也会在电脑BIOS阶段使用，此阶段的计算机没有进入系统，难以支持复杂的设备。所以键盘鼠标就有两种模式，分别是Report模式和Boot模式，系统启动前使用的是Boot模式，HID设备与HID主机之间使用固定的数据格式进行交互。系统启动完成后，HID主机会通过该特性发数据给HID设备，通知HID设备切换成Report模式，在Report模式下，数据格式由 Report Map 决定。

该特性的数据值为0x00表示Boot模式，0x01表示Report模式。

在Boot模式下，Keyboard Input 的特性UUID是0x2A22，Output 的特性UUID是0x2A32；Mous Input 的特性UUID是0x2A33。

本文章只讨论Report模式，暂不讨论Boot模式！

蓝牙键盘

下列代码基于ESP32芯片MicroPython固件(V1.16以上)给出了简单的蓝牙键盘案例：

上述代码实现了一个简单的蓝牙键盘，按下IO0对应的按键，发送按键A到HID主机。上述代码的ReportMap中定义了HID设备发给HID主机的数据为8个字节，定义如下图：

第一个字节是Modifier按键，相应的位为1表示对应的按键按下(GUI在Windows下是Win键)；第二个字节保留，默认为零。第三到第八字节可表示六个按键，数据值为零表示无按键按下，按键对应的代码可搜索HID KeyCode，比如按键A对应的代码是0x04，按键B对应的代码是0x05，Enter键对应的代码是0x28。

比如：

0x80,0x00,0x06,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00 表示同时按下Ctrl键和字母C键。

0x40,0x00,0x04,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00 表示同时按下Shift键和字母A键。

需要注意的是，发送某个按键按下的数据后，需及时发送按键抬起的数据，否则系统会认为按键未抬起，从而触发长按操作。

蓝牙自拍杆

自拍杆是最近几年出现的产品，其实蓝牙自拍杆的本质就是一个超简易的蓝牙键盘。我们知道在手机拍照页面，音量调节按键可以触发快门拍照，蓝牙自拍杆本质上就是一个只能调节音量的蓝牙键盘。调节音量是键盘的高级功能，可通过如下代码试下：

上述代码试下了媒体控制的功能，按下IO0对应的按键，执行音量-的动作。上述Report Map中定义了键盘的高级按键，媒体控制的功能，发送给HID主机的数据为一个字节，每一位定义如下：

0x10表示音量-，0x04表示下一曲。

蓝牙鼠标

下列代码给出了简单的蓝牙鼠标的示例代码：

上述代码实现了简单的蓝牙鼠标的功能，按下IO0对应的按键，鼠标指针将向右和向上各移动10个像素单位。上述代码中的Report Map定义了HID设备发给HID主机的数据为4个字节，每个字节含义如下：

一个标准的鼠标上面有三个按键(左键右键中间键)一个滑轮和一个光标。上述数据中，第一个字节的第三位表示三个按键按下与否(具体如何对应未知)，第二个字节表示鼠标指针在X方向的移动量，取值范围-127 ~ 127，第三字节表示鼠标指针在Y方向的移动量，取值范围是-127 ~ 127，第四个字节表示鼠标滑轮的滚动量，取值范围是-127 ~ 128。

比如：

0x01,0x00,0x00,0x00 表示鼠标上的某个按键按下。

0x00,0x09,0x09,0x00 表示鼠标指针向X正方向和Y正方向个移动9个像素单位。

0x00,0x00,0x00,0x01 表示鼠标滑轮滚动一格。