【经验分享】HID+CDC 复合设备在 WIN10 的识别问题

STMCU小助手 · 2022-02-15T13:08:32+00:00

1 问题现象 " z, s0 g& P* K- K7 g. P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 8 k9 h @2 K" B$ }! Q+ L/ QWIN10 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 5 N0 |, h# f+ z- {6 p) i, b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。 4 u% k2 U) l: K% G" P" b2 问题分析 G2 T W* x1 u' [1 k$ N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。3 i7 n) m9 x x4 v6 G % f4 M* r0 r! {( U; [# r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。 ]$ C- n5 Z8 Q1 J* l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：/ u& n9 e# }* y7 P, B 0 S: j2 W$ \" F" n 7 O' B2 T$ W8 M4 t1 \4 S 9 ?& b# h8 |" E* H8 F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：( Z1 u% k, c: w ! @/ { T) R/ T& x& l1 E " w3 Z* z$ S$ b1 a- j7 {% W 9 m! ?6 `4 f p8 m- S4 F. y ; @- u+ d/ [7 F. \' A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 , _1 p! j+ u8 S- Q2 r$ ^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。 2 T8 F$ J' N, m/ x- T, K- b i6 H3 ] 8 \: O. B; g7 x7 o, u) b于是，我们首先检查客户代码的设备描述符： 9 p7 s8 V7 s* _7 h- [6 s, z8 p$ f8 D2 y " D" R& Q3 ?- n+ O; K7 x * A! b8 O' q) t; j 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:! v+ g- ^9 A* W2 w) [3 q & a* ?* C$ j, K 3 h, h( J6 q( L( V$ j( w ( }% E1 Q( l% L: e! W. i- X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：1 b: S, Q% W# S- _. G3 H ; x: S$ y$ W" R 0 k' {" w6 l! {3 L1 U# g! u& ^: `& ^! i( R2 i) g+ I( B1 @' _9 z 结束本篇实战经验之前，让我们再次回顾 IAD 的概念：+ m q/ W3 E; ^4 H; r 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。 6 e* K7 Z) T- D* E ^ ' A; X! o3 A4 ?: O' `8 z9 @3 结论! J x' F8 S' e/ Z: d2 b 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）。. ]& w$ O2 E% k- T. y% ^' h2 U 2 |, M- \% G/ k, j; d, d1 `& F+ T' C

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STMCU小助手发布时间：2022-2-15 21:08

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文章简介:	HID+CDC 复合设备在 WIN10 的识别问题

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）。