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【经验分享】HID+CDC 复合设备在 WIN10 的识别问题

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STMCU小助手 发布时间:2022-2-15 21:08
1 问题现象
有一客户使用 STM32F405 参照 USB 标准库下的 HID+CDC 的示例代码做产品,发现在 WIN7 上使用得好好的,可放到
WIN10 上,CDC 第一次能够识别,再次拔插后就不能再识别,且此后无论插拔多少次都无法再识别,除非再次上电,又会重
复上述现象,只有板子上电后第一次才能正确被识别,后续均不行。
2 问题分析
客户使用 ST 官方示例代码 STM32_USB-HostDevice_Lib_V2.2.0\Project\USB_Device_Examples\Composite_Examples\CDC_HID_Composite。当我尝试使用此示例代码重现客户所遇到的问题时,发现此代码在 WIN7 运行 OK,但与客户不同的是,我测试到的情况是在 WIN10 下 CDC 一次都无法识别,HID 却一直可以识别。

下面来分析下问题,既然 WIN7 下 HID 和 CDC 都能正常识别,放在 WIN10 上才不正常,那么初步可以判断,此问题应该与 WIN10 操作系统的 USB 主机驱动实现有关。
通过 USB 分析仪分析客户代码在 WIN10 下 USB 枚举异常的数据通讯:

PGLKBY{VK35MVLXRK@A$JXW.png

上图是客户代码第一次正常枚举的通讯数据,从中可以看出,WIN10 USB 主机在正常获取 HID 报告描述符后,紧接着会获取虚拟串口状态和设置波特率,这样就正常枚举结束了。接着继续采集异常 USB 枚举过程进行对比:

4U}7KIW[87TM8I)Z7IOKU.png


上图是 WIN10 下异常枚举过程。由上图可以看出,WIN10 系统上 USB 主机在获复合设备的 描述符和配置描述符后直接将设备
挂起了。很明显,WIN10 操作系统的 USB 主机驱动实现对设备描述符或者配置描述符的内容并不认可,才会导致无法识别HID+CDC 复合设备。


于是,我们首先检查客户代码的设备描述符:

8U{S_W70OZDNWGM~GA{D_~3.png

复合设备的class,subclass,protocol 必须为 0xef,0x02,0x01,这里 VID=0x0483,PID=0x3256(Cube 库下为 0x5740,但这个不重要),接下来看配置描述符:

@%BYT~RWQ5@B)M}0[KD83V1.png

由此可见,客户的描述符是 HID interface + IAD + CDC interfaces 结构。对于 WIN7,这种结构可以识别,但对于 WIN10,这种结构 WIN10 未必能够兼容,我们尝试在 HID interface 外部加上一层 IAD 结构,使其成为 IAD1 + HID interface + IAD2 +CDC interfaces 结构,此时客户的问题得以解决,在 WIN10 也可以正确识别了,修改后的描述符结构如下:

(}1GAC)PDV_(J870)[3N1PI.png

结束本篇实战经验之前,让我们再次回顾 IAD 的概念:
IAD(Interface Association Descriptor),为 USB 设备定义了一个标准来表述捆绑在一个逻辑功能(比如这里的 CDC 虚拟串口)上的多个接口的聚合的方法。USB 协会分配了一个设备级别的类编码(即图 3 中 0xEF),使用 IAD 的设备必须使用它(如图 3 的设备描述符);这样可以很容易在设备枚举时就能识别出采用了 IAD 的设备。IAD 描述符通常放在它所要捆绑的多个接口的接口描述符之前。

3 结论
在 WIN10 系统中,建议复合设备每个逻辑功能的接口描述符前都搭载一个 IAD 描述符,不论这个逻辑功能是单个接口描述符完成(比如这里的 HID 功能)还是要由多个接口描述符完成(比如这里的 CDC 功能)。

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