USB2.0與HID裝置之係統化設計（附光碟） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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　　本書的教材已經讓許多人為公司開發並上市USB産品。係統化設計的創舉是這成效的主因。隻要依照書中內容，一個步驟接著一個步驟，按步就班就能於數天內完成一個USB裝置。以多媒體鍵盤當作樣闆，再藉由書中四個裝置設計練習就可以熟練係統化設計技巧和瞭解市售真實USB裝置的原理。尤其最後一個雙工通信裝置可以涵蓋絕大多數的串列傳輸介麵，是開發新産品的典範。

　　豐富的實作練習和現成的實驗闆讓本書成為絕佳的教科書。除瞭USB裝置設計課程外，也可以當作進階微控器課程的教科書。第一部分對USB2.0規範書作瞭清晰明確的介紹，又提供許多範例和練習，可以單獨成為USB通識的教材，更是USB裝置開發工程師必備的參考工具。
　　本書備有教師手冊光碟，可以用於教導SN8P和Cypress的USB微控器。

作者簡介

林錫寬

現職：交通大學電機與控製工程係教授
學曆：德國Erlangen-Nuernberg（爾朗恩-紐崙堡）大學製造自動化工程博士
榮譽：1995年 獲國科會研究「優等」奬

深入解析現代數據傳輸與人機交互技術的基石：USB 2.0 與人機界麵設備（HID）的係統化設計 本書旨在為電子工程師、嵌入式係統開發者、硬件設計師以及對底層通信協議有深入興趣的技術人員，提供一套全麵、係統化且實用的知識體係，用以理解、實現和優化基於通用串行總綫（USB）2.0 規範的設備驅動和固件開發，特彆是聚焦於人機界麵設備（Human Interface Device, HID）的架構設計。 核心內容聚焦於以下幾個關鍵領域，完全不涉及對特定書籍（如《USB2.0與HID裝置之係統化設計（附光碟）》）內容的直接描述或替代： --- 第一部分：USB 2.0 協議棧的深度剖析與實踐應用 本部分將徹底梳理 USB 2.0 規範（High Speed, Full Speed, Low Speed）的底層機製，著重於數據傳輸的物理層、鏈路層及主機-設備交互流程，為後續的設備開發奠定堅實基礎。 1. USB 2.0 物理層與電氣特性： 信號完整性與時序要求： 詳細分析高速（480 Mbps）、全速（12 Mbps）和低速（1.5 Mbps）模式下的電平定義、上升沿/下降沿控製及差分信號的正確實現。討論串擾、阻抗匹配在 PCB 設計中的關鍵影響。 數據編碼與傳輸格式： 深入探討 NRZI 編碼、位填充（Bit Stuffing）機製在數據流中的作用，以及同步域的建立與維護。 枚舉過程的細緻分解： 步驟化解析設備首次連接到主機時，從復位信號到地址分配、配置選擇的完整握手流程。講解 PID/VID 的識彆和驅動加載機製。 2. 端點（Endpoint）管理與數據包結構： 傳輸類型詳解： 區彆並闡述四種主要傳輸類型——控製傳輸（Control）、批量傳輸（Bulk）、中斷傳輸（Interrupt）和同步傳輸（Isochronous）——各自的適用場景、時序約束和錯誤處理策略。 數據包的內部結構： 詳細解析 Token 包、Data 包和 Handshake 包的字段構成，包括 PID 校驗和（CRC）在不同包類型中的計算方法。 管道（Pipe）與緩衝區管理： 探討主機端和設備端如何通過管道資源映射到特定的端點，以及如何高效地管理設備端緩衝區，以應對不同速率和大小的數據流。 3. 軟件架構與設備描述符： 設備描述符樹結構： 係統講解標準描述符（設備、配置、接口、字符串）的層次結構，以及定製化設備如何擴展這些描述符以嚮主機準確報告自身能力。 請求處理機製（Setup Packet）： 詳盡分析主機發送的標準請求（如 Get_Descriptor, Set_Address, Clear_Feature）在設備固件中的解析和響應流程。 --- 第二部分：人機界麵設備（HID）協議的精髓與實現 本部分將 HID 協議視為 USB 協議的一個特定應用層，深入研究其報告（Report）機製，這是所有鍵盤、鼠標、遊戲手柄及定製控製器的核心。 1. HID 協議棧概述與報錶描述符（Report Descriptor）： HID 類規範： 闡述 HID 1.11 規範的關鍵要求，包括報告描述符、報告（Report）和輸入/輸齣/特性（Input/Output/Feature）數據的使用場景。 報錶描述符的構建藝術： 這是實現復雜 HID 設備的關鍵。詳細講解如何使用 Usage Page, Usage, Collection, Report Size, Report Count, Input/Output/Feature 字段來精確定義設備的功能和數據布局。通過多個實際案例（如多按鍵鍵盤、組閤軸控製器）演示描述符的編寫邏輯和語法解析。 2. 數據傳輸與報告機製： 輸入報告的實時性優化： 針對中斷傳輸（Interrupt Transfers）在 HID 中的應用，探討如何設計固件以最小化輪詢延遲（Polling Rate），確保用戶操作的即時反饋。分析報告緩衝區的設計，避免數據丟失或重復。 輸齣與特性報告的應用： 討論如何通過輸齣報告實現主機對設備的控製（例如鍵盤的 Caps Lock 指示燈控製），以及特性報告在非易失性配置存儲和設備狀態查詢中的獨特價值。 3. 跨平颱兼容性與自定義 HID： 操作係統層麵的支持： 分析 Windows (WDK/KMDF), Linux (usbfs/hidapi) 和 macOS 對標準 HID 類的默認驅動支持機製，以及何時需要編寫自定義驅動（Vendor-Specific HID）。 實現高效的 USB 固件（Firmware）： 結閤微控製器（MCU）的實際編程環境，提供關於如何高效地實現 USB Device Controller 驅動接口、中斷服務程序（ISR）與主邏輯分離的架構建議。 --- 第三部分：係統化設計方法論與故障排除 本部分將理論知識轉化為實際的工程設計流程，並提供一套實用的調試和驗證工具鏈。 1. 係統級設計流程： 需求到規範的轉化： 如何從用戶需求（例如“需要一個帶有8個按鈕和兩個搖杆的控製器”）逆嚮推導齣所需的 USB 端點數量、傳輸速率和精確的報錶描述符結構。 資源約束下的優化： 針對資源受限的嵌入式係統，提供關於固件內存（Flash/RAM）優化策略，特彆是描述符和端點緩衝區大小的權衡。 2. 調試與驗證技術： 總綫分析儀的使用： 介紹如何利用專業的 USB 協議分析工具捕獲和解讀實時數據流，對照協議規範驗證設備行為的正確性。重點講解如何識彆 SETUP 階段的錯誤握手和數據階段的 CRC 校驗失敗。 軟件工具鏈應用： 介紹使用 QEMU 或虛擬機環境進行初步驅動測試的方法，以及在主機端使用如 Wireshark（配閤特定捕獲插件）或 libusb 庫進行自動化測試腳本的編寫。 --- 本書的價值在於提供一個嚴謹的、自底嚮上的設計藍圖，幫助讀者不僅僅是“調用庫函數”，而是真正理解 USB 2.0 協議層與 HID 應用層之間復雜的協同工作原理，從而能夠自信地設計齣高性能、高兼容性的定製化 USB 2.0 HID 設備。

第一部分　此部分的三章都有章後選擇式的問題
第一章　USB2.0描述元

1.1　基本知識
1.2　描述元架構
1.3　標準描述元
1.4　HID類彆特定描述元
1.5　HID用途錶格
1.6　工具：USBComp
1.7　大量儲存類彆規範

第二章　USB2.0通信協定

2.1　概　述
2.2　封　包
2.3　交　易
2.4　傳　輸
2.5　谘求函數
2.6　USB匯流排列舉
2.7　大量儲存類彆的特定谘求 　　

第三章　主機端應用程式

3.1　前　言
3.2　實作見習：範例HidDevice.cpp
3.3　主程式
3.4　讀寫動作
3.5　介麵尋找與取得
3.6　取得介麵的操作把
3.7　實作練習
3.8　進階學習

第二部分
第四章　SN8P組閤語言

4.1　組閤語言語法
4.2　基本運算程式
4.3　中　斷
4.4　輸齣入暫存器
4.5　韌體發展係統
4.6　指令集 　　

第五章　USB韌體模組

5.1　韌體架構
5.2　USB韌體模組構想
5.3　實際體驗
5.4　USB韌體模組實現
5.5　谘求函數副程式

第六章　HID裝置

6.1　電腦鍵盤
6.2　多媒體鍵盤
6.3　初始化程式
6.4　主程式迴路
6.5　懸置副程式
6.6　中斷型輸入之程式模組
6.7　實作練習 　　

第七章　設計練習：電腦滑鼠

7.1　USB滑鼠的硬體
7.2　係統化的韌體設計
7.3　描述元
7.4　USB韌體模組參數設定
7.5　主程式檔mouse_main.asm
7.6　滑鼠週邊功能檔mouse_task.asm
7.7　測　試 　　

第八章　設計練習：消費者用途按鍵

8.1　硬　體
8.2　係統化的韌體設計
8.3　描述元
8.4　USB韌體模組參數設定
8.5　主程式檔consumer_main.asm
8.6　週邊功能檔consumer_task.asm
8.7　測　試 　　

第九章　設計練習：鍵盤與滑鼠復閤的裝置

9.1　鍵盤與滑鼠復閤裝置的硬體
9.2　係統化的韌體設計
9.3　描述元
9.4　USB韌體模組參數設定
9.5　主程式檔kybd_mouse_main.asm
9.6　滑鼠週邊功能檔mouse_task.asm
9.7　測　試 　　

第十章　設計練習：雙工通信的USB裝置

10.1　雙工通信裝置的規格
10.2　主機端應用程式
10.3　係統化的韌體設計
10.4　描述元
10.5　USB韌體模組參數設定
10.6　主程式檔duplex_main.asm
10.7　週邊功能檔keys_matrix_task.asm
10.8　測試
10.9　專題實作

评分☆☆☆☆☆

我是一名業餘的電子愛好者，平時喜歡搗鼓一些小玩意兒，最近對DIY鍵盤和鼠標産生瞭濃厚的興趣。在尋找相關資料的時候，無意間發現瞭這本書。《USB2.0與HID裝置之係統化設計》的標題就吸引瞭我，感覺它能幫助我解決很多在實際製作過程中遇到的難題。我之前嘗試過用一些微控製器來實現USB通信，但總是因為協議的不熟悉而碰壁。這本書的優點在於它不僅僅停留在理論層麵，而是真正地將“係統化設計”這個概念落到瞭實處。我尤其關注書中關於“固件設計”和“驅動程序開發”的部分，因為這直接關係到我的DIY項目能否成功。從光碟中提供的例程來看，這本書的內容是非常貼閤實際需求的，它應該能指導我如何從零開始，一步步地搭建起一個能夠與電腦高效通信的HID設備。書中的一些概念，比如數據包的格式、端點的類型、以及各種傳輸方式的優缺點，都講得非常到位，讓我對USB通信有瞭更深層次的理解。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在校的學生，主修嵌入式係統專業。在學習過程中，USB通信是一個非常重要的知識點，尤其是在開發人機交互設備時，HID接口的應用更是不可或缺。在對比瞭市麵上的一些相關書籍後，我選擇瞭《USB2.0與HID裝置之係統化設計》。這本書最大的亮點在於它的“係統化”理念，它並非簡單地介紹USB協議的細節，而是強調如何從一個整體的係統角度去設計和實現。從物理層到應用層，它都有深入的講解，並且將HID設備的設計過程分解成一個個可管理的模塊。我特彆欣賞書中對“錯誤處理”和“功耗優化”等實際工程問題的關注，這往往是很多理論書籍容易忽略的。附帶的光盤提供瞭豐富的源代碼和開發工具，這對於我們學生來說，是寶貴的學習資源，可以直接上手實踐，加深對書中知識的理解。總的來說，這本書的內容非常全麵，邏輯清晰，非常適閤我們學習和研究。

评分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就很有質感，那種低飽和度的藍色搭配銀色的USB接口圖標，給人一種專業又沉靜的感覺。翻開書頁，紙張的觸感也很不錯，不是那種過於光滑的反光紙，讀起來眼睛會比較舒服。我之前因為工作需要，接觸過一些嵌入式開發，但對USB協議，特彆是HID這一塊，總是覺得雲裏霧裏，概念很多，但串不起來。這本書的目錄看起來就很有條理，從基礎的USB總綫結構講起，到HID設備的類型、報告描述符的編寫，再到固件設計和驅動程序的開發，層層遞進，感覺非常紮實。而且，光碟的附贈也確實是點睛之筆，現在很多技術書籍雖然內容詳實，但缺乏實際操作的例子，光有理論會讓人覺得有點乾。有瞭光碟，理論和實踐就能很好地結閤，這對於想深入理解USB2.0與HID裝置係統化設計的讀者來說，無疑是極大的便利。我特彆期待看到書中關於“係統化設計”這部分的具體展開，因為這不僅僅是單一點的技能掌握，而是如何將整個流程串聯起來，形成一個完整的解決方案，這纔是真正考驗功力的地方。

评分☆☆☆☆☆

這本《USB2.0與HID裝置之係統化設計》對我來說，簡直就是一場及時雨。我最近在做一個新的智能傢居項目，需要開發一個能和電腦進行交互的遙控器，這就繞不開USB HID設備。之前我一直是跟著網上的零散教程摸索，雖然勉強能用，但總覺得底子不牢，遇到問題的時候就很難深入排查。這本書從頭開始講解，思路非常清晰。它沒有上來就講復雜的代碼，而是先花瞭很大篇幅介紹USB的總綫拓撲、傳輸協議，以及HID這個標準到底是怎麼工作的，它為什麼能讓電腦和各種外設無縫對接。我尤其喜歡它對“報告描述符”的講解，以前我一直覺得那個東西很神秘，不知道怎麼寫，也不知道裏麵到底包含哪些信息。這本書通過大量的圖示和實例，把報告描述符的結構、字段的含義都解釋得非常透徹，甚至還給齣瞭一些常用的報告描述符模闆，這對我來說簡直是福音！我感覺這本書的設計邏輯很嚴謹，它不是把知識點羅列齣來，而是把它們編織成一個有機的整體，讓你理解“為什麼”要這樣做，而不是僅僅知道“怎麼”做。

评分☆☆☆☆☆

對於一個在軟件行業摸爬滾打多年的開發者來說，有時候會覺得一些基礎協議的理解不夠深入，而USB HID設備恰好是我工作中的一個薄弱環節。一直以來，我都是通過查閱各種零散的資料來解決問題，效率不高，而且容易陷入“知其然不知其所以然”的境地。這本書的齣現，讓我看到瞭一個係統性解決問題的希望。《USB2.0與HID裝置之係統化設計》的標題就直擊痛點，它不僅僅是關於USB2.0和HID本身，更重要的是“係統化設計”的思路。我期待書中能夠深入剖析一個完整的HID設備從概念到實現的全過程，包括硬件選型、固件編寫、與操作係統交互的驅動程序開發，甚至包括一些性能調優的技巧。書中的“附光碟”更是極大地增加瞭其實用性，有瞭實際的代碼示例和開發環境，我可以更快地將學到的知識轉化為實際應用。我相信，這本書能夠幫助我構建起對USB HID設備更紮實、更全麵的認識，提升我在相關領域的開發能力。