將任何視頻游戲控制器變成USB鼠標

隨著最新和最偉大的游戲系統(tǒng)每隔幾年首次亮相，我的舊視頻游戲控制器庫存也以同樣的速度增長。許多較舊的游戲機都設計有非標準的專有連接器。可悲的是，這意味著，即使它們?nèi)匀还δ荦R全，我的大多數(shù)舊游戲控制器也注定要在架子上積聚灰塵。然而，只需稍加修改，這些控制器就可以被賦予新的生命，并重新用作與現(xiàn)代計算機的漂亮接口。用舊組件和備件制造USB鼠標或鍵盤的專業(yè)知識既有趣又信息豐富，可以通過用戶控制輸入向任何嵌入式系統(tǒng)添加功能。

檢查舊控制器

制作USB鼠標的基本要求很簡單。鼠標需要兩個用于左鍵和右鍵單擊的按鈕，以及控制水平和垂直移動的方法。

這些基本標準以各種方式實施，具有不同的組成部分和復雜性。1980 年代和 1990 年代初的游戲手柄使用連接到 8 位或 16 位閂鎖的簡單按鈕。每隔幾毫秒鎖定一次數(shù)據(jù)，游戲機可以輕松地打卡并解釋按下了哪些按鈕。后來的控制器集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），以檢測操縱桿從其靜止位置移動的距離，從而允許不同的移動速度，而不是簡單按鈕的“開關”控制。更現(xiàn)代的控制器甚至集成了一個加速度計，通過身體運動為用戶提供了更多種類的控制。無論使用哪種控制器，互聯(lián)網(wǎng)上都應該有大量關于其數(shù)據(jù)如何編碼的信息。掌握游戲控制器如何收集和存儲輸入后，下一步就是格式化 USB 的數(shù)據(jù)。

制作鼠標

USB是一種極其通用的協(xié)議，主機系統(tǒng)必須準備好接受來自所連接設備的各種數(shù)據(jù)包。首次連接終端設備時，它必須在稱為“枚舉”的過程中向主機描述其標識、功能和預期數(shù)據(jù)格式。幸運的是，大多數(shù)主機系統(tǒng)都有常用設備類（想想閃存驅(qū)動器、鍵盤、打印機等）的內(nèi)置驅(qū)動程序。如果終端設備枚舉某個類，則主機無需任何其他軟件即可使用該設備。鼠標屬于人體學接口設備 （HID） 類，因此在此類下枚舉將使鼠標即插即用。

當設備首次連接到 USB 端口時，主機會發(fā)送 SETUP 數(shù)據(jù)，以便設備有機會枚舉。終端設備必須解碼 SETUP 數(shù)據(jù)包并發(fā)送設備描述符，然后發(fā)送其配置、接口、類、端點和報告描述符。描述符是包含有關設備操作的詳細信息的表數(shù)據(jù)。從設備制造商、數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小和通信速度到功耗和數(shù)據(jù)格式，在枚舉期間，各種描述符中都會報告所有內(nèi)容。

報告描述符控制計算機如何接收和解釋通過 USB 發(fā)送的數(shù)據(jù)。我們可以根據(jù) HID 類中預定義的用法來識別鼠標的左鍵和右鍵功能?？刂破髦械膬蓚€按鈕對應于兩個輸入，每個輸入的位大小為 1，每個輸入的邏輯值為 0 或 1。

USAGE_PAGE（按鈕）
USAGE_MINIMUM（按鈕 1）
USAGE_MAXIMUM（按鈕 2）
LOGICAL_MINIMUM （0）
LOGICAL_MAXIMUM （1）
REPORT_COUNT （2）
REPORT_SIZE （1）
輸入（數(shù)據(jù)、變量、絕對值）

由于我們只使用數(shù)據(jù)字節(jié)的 2 位，因此我們需要另一個 6 位的報告大小，計算機將其解釋為常量。請注意，我們不包括后一位的任何用法。

REPORT_COUNT（1）
REPORT_SIZE（6）
輸入（中碳納米、變量、絕對值）

我們發(fā)送的接下來的 2 個字節(jié)分別對應于 x 軸和 y 軸數(shù)據(jù)。每個方向的數(shù)據(jù)都有自己的 8 位報告大小，對于 127 位有符號整數(shù)，邏輯值可以在 -127 到 8 的范圍內(nèi)。

USAGE_PAGE（通用桌面）
用法 （X）
用法（Y）
LOGICAL_MINIMUM （-127）
LOGICAL_MAXIMUM （127）
REPORT_SIZE （8）
REPORT_COUNT （2）
輸入（數(shù)據(jù)、變量、相關）

由于上述報告描述符的每一行在 HID 使用情況表中都有一個預定義的值。1以下數(shù)組表示鼠標示例的總報告描述符。

unsigned char RepD[]=   // Report descriptor
{
0x05, 0x01,                    // USAGE_PAGE (Generic Desktop)
0x09, 0x02,                    // USAGE (Mouse)
0xA1, 0x01,                    // COLLECTION (Application)
0x09, 0x01,                    //   USAGE (Pointer)
0xA1, 0x00,                    //   COLLECTION (Physical)
0x05, 0x09,                    //     USAGE_PAGE (Button)
0x19, 0x01,                    //     USAGE_MINIMUM (Button 1)
0x29, 0x02,                    //     USAGE_MAXIMUM (Button 2)
0x15, 0x00,                    //     LOGICAL_MINIMUM (0)
0x25, 0x01,                    //     LOGICAL_MAXIMUM (1)
0x95, 0x02,                    //     REPORT_COUNT (2)
0x75, 0x01,                    //     REPORT_SIZE (1)
0x81, 0x02,                    //     INPUT (Data,Var,Abs)
0x95, 0x01,                    //     REPORT_COUNT (1)
0x75, 0x06,                    //     REPORT_SIZE (6)
0x81, 0x01,                    //     INPUT (Cnst,Var,Abs)
0x05, 0x01,                    //     USAGE_PAGE (Generic Desktop)
0x09, 0x30,                    //     USAGE (X)
0x09, 0x31,                    //     USAGE (Y)
0x15, 0x81,                    //     LOGICAL_MINIMUM (-127)
0x25, 0x7F,                    //     LOGICAL_MAXIMUM (127)
0x75, 0x08,                    //     REPORT_SIZE (8)
0x95, 0x02,                    //     REPORT_COUNT (2)
0x81, 0x06,                    //     INPUT (Data,Var,Rel)
0xC0,                          //   END_COLLECTION
0xC0                           // END_COLLECTION
};

所以現(xiàn)在你要問，從這份報告描述符解釋中實際得出的是什么？通過使用上面的報告描述符，我們需要做的就是將來自游戲控制器的數(shù)據(jù)格式化為以下格式（表 1），主機系統(tǒng)將能夠正確理解輸入。

表 1.USB 鼠標數(shù)據(jù)格式

請務必注意，方向數(shù)據(jù)既有符號又相對于光標的當前位置。如果發(fā)送 -1 作為 x 軸位移，光標將向左移動一個像素。x 軸位移字節(jié)中的 +1 將光標向右移動一個像素。這同樣適用于 y 軸，負值向上移動光標，正值向下移動光標。

現(xiàn)在可以顯示創(chuàng)建USB接口的兩種不同方法。可以使用內(nèi)置USB串行接口引擎的MAXQ612或MAXQ622 16位微控制器，也可以使用帶有MAX3420E或MAX3421E USB外設控制器的微控制器。圖 1 顯示了第一個實現(xiàn)。我選擇的游戲控制器有一個方便的I2C 接口。使用MAXQ622用作I2C主接口與游戲控制器通信，將數(shù)據(jù)解析成上面表1所示的格式并處理USB事務。現(xiàn)在可以實現(xiàn)單芯片鼠標解決方案。

圖1.單芯片 USB 鼠標的示意圖。本設計采用MAXQ622微控制器和MAXQ622評估（EV）板。

除外部旁路電容器外，I 上的上拉電阻2C線和晶體振蕩器，此示例設計不需要額外的元件。圖2所示為更通用的解決方案，使用MAX3420E USB外設控制器和配備I2C 和 SPI 函數(shù)。

圖2.USB鼠標示意圖，現(xiàn)在使用MAX3420E USB外設控制器和MAX3420E評估板。而任何具有I2可以使用C和SPI功能，在這種情況下，我們繼續(xù)使用MAXQ622。

MAX3420EEVKIT-2為所有接口引腳提供接頭，包括用于SPI通信的MOSI、MISO、#SS和SCLK引腳，以及用于微控制器信號中斷的INT引腳。MAX3420EEVKIT-2具有板載Atmel ATtiny2313微控制器，通過定制固件，可實現(xiàn)位砰砰?2C 總線直接連接到游戲控制器。在本例中，MAXQ622評估板具有2C和SPI外設被用作通用微控制器。

結(jié)論

現(xiàn)在您知道如何使用舊的視頻游戲控制器和任何具有正確接口的微控制器來實現(xiàn)USB鼠標。該過程就像連接幾個跳線并下載固件一樣簡單。

此處提供的代碼具有多個函數(shù)。它持續(xù)監(jiān)控 USB 總線是否有來自主機的任何活動或傳入請求;它定期輪詢游戲控制器以獲取新數(shù)據(jù)，將此數(shù)據(jù)發(fā)送到主機，并閃爍 LED 作為狀態(tài)/時間指示器。這兩種實現(xiàn)都具備識別 USB 總線重置和 USB 總線掛起事件的能力。兩者都執(zhí)行主機的遠程喚醒，并適當?shù)仨憫兄鳈C CONTROL 傳輸。