軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) - 基于HID規(guī)范的智能遙控器中的設(shè)計(jì)

2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的體感游戲手柄具有輸入和輸出的功能，即它具有輸入和輸出HID 數(shù)據(jù)包。它不像鍵盤和鼠標(biāo)是標(biāo)準(zhǔn)的HID 設(shè)備，需要根據(jù)HID 規(guī)范自定義它的數(shù)據(jù)包格式。根據(jù)數(shù)據(jù)包的格式，寫出其報(bào)告描述符，以保證在枚舉過程中正確識(shí)別出體感游戲手柄設(shè)備。Dongle 端分析整理從遙控器端獲取到的數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)備的報(bào)告描述符，識(shí)別出體感游戲手柄數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)整理成符合其輸入數(shù)據(jù)包格式的數(shù)據(jù)，然后Dongle 端再以USB 協(xié)議的通信方式，將整理好的數(shù)據(jù)傳輸給電視機(jī)。同時(shí)Dongle 端接收電視機(jī)反饋回來的數(shù)據(jù)信息， 并整理成符合其輸出數(shù)據(jù)包格式的數(shù)據(jù)，然后將信息反饋給遙控器端，遙控器端再作出相應(yīng)的響應(yīng)。

　　與所有HID 設(shè)備一樣，具有體感游戲手柄功能的智能遙控器Dongle 端的應(yīng)用程序設(shè)計(jì)也主要包括以下4 個(gè)方面的工作：1）查找所有HID 設(shè)備；2）確定哪一個(gè)是用戶需要的HID 設(shè)備，并連接該設(shè)備；3）獲得HID 設(shè)備的信息；4）根據(jù)用戶需要，讀取HID 輸入報(bào)告或者寫入HID 輸出報(bào)告。

　　智能遙控器中可能定義了多個(gè)HID 設(shè)備，需要使用兩個(gè)接口，接口0 用于實(shí)現(xiàn)其他HID 設(shè)備的功能，接口1 用于實(shí)現(xiàn)體感游戲手柄的功能。因此需要兩個(gè)非零端點(diǎn)，因?yàn)橥慌渲孟碌牟煌涌?，必須使用不同的端點(diǎn)。而數(shù)據(jù)是通過非零端點(diǎn)進(jìn)行傳輸?shù)?，體感游戲手柄的接口選用端點(diǎn)2 返回或發(fā)送報(bào)告數(shù)據(jù)。Dongle 端通過端點(diǎn)2 輸入向電視機(jī)返回體感游戲手柄的數(shù)據(jù)，電視機(jī)通過端點(diǎn)2 輸出中斷將反饋給遙控器的信息發(fā)出。

　　Dongle 插入后，怎樣讓電視機(jī)識(shí)別出USB 體感游戲手柄呢？設(shè)備枚舉的功能就是實(shí)現(xiàn)電視機(jī)識(shí)別設(shè)備的過程，只有枚舉成功了，電視機(jī)才能識(shí)別出設(shè)備，建立電視機(jī)與設(shè)備之間的通信。設(shè)備的枚舉過程都是通過端點(diǎn)0 實(shí)現(xiàn)的。電視機(jī)通過端點(diǎn)0 輸出中斷發(fā)出各種請(qǐng)求，數(shù)據(jù)存放在端點(diǎn)0 的輸出緩沖區(qū)中。Dongle 端讀取并分析端點(diǎn)0 輸出緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，然后通過端點(diǎn)0 輸入中斷做出相應(yīng)的響應(yīng)，數(shù)據(jù)存放到端點(diǎn)0輸入緩沖區(qū)中， 在電視機(jī)下一次發(fā)送IN 令牌包后，MCU 會(huì)自動(dòng)將端點(diǎn)0 輸入緩沖區(qū)數(shù)據(jù)返回給電視機(jī)。當(dāng)Dongle 端有多個(gè)報(bào)告描述符時(shí)，程序怎么知道電視機(jī)請(qǐng)求的是哪個(gè)呢？ 電視機(jī)要獲取報(bào)告描述符時(shí)，請(qǐng)求是發(fā)送到接口的。當(dāng)電視機(jī)發(fā)出發(fā)送到接口1 的報(bào)告描述符請(qǐng)求時(shí)，Dongle 端會(huì)返回體感游戲手柄的報(bào)告描述符數(shù)據(jù)給電視機(jī)， 從而成功完成枚舉過程。電視機(jī)識(shí)別出體感游戲手柄，建立它們之間的通信。

　　在本系統(tǒng)中，通過在芯片的集成開發(fā)環(huán)境中添加USB 模塊，根據(jù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的功能特點(diǎn)，做出相應(yīng)設(shè)置并編譯，實(shí)現(xiàn)設(shè)備枚舉過程的功能及所需的代碼， 然后再根據(jù)設(shè)備的實(shí)際需求做相應(yīng)的修改， 在Dongle 端程序的主函數(shù)中初始化USB 模塊，就可以實(shí)現(xiàn)電視機(jī)識(shí)別Dongle，進(jìn)而識(shí)別出體感游戲手柄設(shè)備。Dongle 端程序主流程圖如圖4 所示。進(jìn)入主函數(shù)，MCU 首先完成一系列初始化，包括中斷配置和USB模塊初始化（開始枚舉過程）。然后程序就處于一個(gè)無限循環(huán)中，實(shí)現(xiàn)電視機(jī)和設(shè)備之間的實(shí)時(shí)通信。

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圖4 Dongle 端程序主流程

　　電視機(jī)和設(shè)備之間不是隨時(shí)都能夠進(jìn)行通信的，只有設(shè)置了非零配置之后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在無限循環(huán)中，首先判斷電視機(jī)和Dongle 端的通信是否準(zhǔn)備好，即設(shè)備的枚舉過程是否成功完成。這需要獲取配置值，進(jìn)行判斷，若配置值非零，說明電視機(jī)和Dongle 端的通信已建立。Dongle 端不斷的獲取從遙控器端發(fā)來的數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)備的設(shè)備描述符、配置描述符集合（包括斷點(diǎn)描述符、接口描述符等），分析整理后存放到相應(yīng)HID 設(shè)備的HID 包中， 然后通過USB 總線傳遞給電視機(jī)。

　　若按下體感開關(guān)鍵，遙控器選擇的是體感游戲手柄功能；否則，遙控器選擇的是其他設(shè)備的功能。按下體感開關(guān)鍵，電視機(jī)先通過端點(diǎn)2 輸出中斷發(fā)出反饋信息， 使遙控器端的體感開關(guān)指示燈亮，體感游戲手柄功能打開，然后遙控器可以發(fā)送體感游戲手柄數(shù)據(jù)給電視機(jī)。Dongle 端發(fā)送體感游戲手柄數(shù)據(jù)到端點(diǎn)2 之前，需要檢查端點(diǎn)2 是否處于空閑狀態(tài)，即里面是否還有數(shù)據(jù)未發(fā)送出去， 可以通過端點(diǎn)2 輸入中斷和總線復(fù)位中斷使端點(diǎn)2處于空閑狀態(tài)。如果端點(diǎn)2 輸入處于空閑狀態(tài)，就可以通過端點(diǎn)2 輸入返回體感游戲手柄數(shù)據(jù)給電視機(jī)了。電視機(jī)會(huì)根據(jù)游戲的進(jìn)度發(fā)出反饋信息， 調(diào)用遙控器的傳感器模塊、震動(dòng)模塊和Audio 模塊，實(shí)現(xiàn)遙控器和電視機(jī)之間的互動(dòng)。

　　3 結(jié)束語

　　本系統(tǒng)是基于HID 規(guī)范的六軸體感游戲手柄應(yīng)用于智能遙控器中的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，首先分析了這種體感游戲手柄的工作原理，然后從硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩方面提出了體感游戲手柄設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的方案。在智能遙控器中可能有多個(gè)HID設(shè)備功能的情況下，通過共用一個(gè)USB 接口再實(shí)現(xiàn)體感游戲手柄的功能。經(jīng)過反復(fù)調(diào)試驗(yàn)證表明，具有這種六軸體感游戲手柄功能的智能遙控器工作性能良好，完全可以取代普通的體感游戲手柄體驗(yàn)體感游戲。另外，可以基于此硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)，遙控器端對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理后傳輸給Dongle 端，Dongle 端可以模擬實(shí)現(xiàn)其他功能， 譬如進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)空中鼠標(biāo)的功能。

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