BLE HID应用

1. BLE HID简介

  • HID全称Human Interface Device，翻译为人机接口设备，该术语由微软Mike Van Flandern提出。USB委员会创建了一个工作组（Human Input Device）后该工作组更名为Human Interface Device。可在USB委员会查找协议相关的资料，例如HID Usage Tables和Device Class Definition for HID 1.11。

  • BLE HID协议规范以USB HID协议规范为蓝本，可认为USB HID的无线方式，具体Spec可参考HID Over GATT Profile (HOGP)。

  • HOGP协议定义了个两个角色：

    • HID Host：例如手机、电脑、电视、平板等。一个HID Host可以连接到多个HID Device。

    • HID Device：例如鼠标、键盘、主动笔、遥控器、自拍杆等。一个HID Device一次只能主动连接到一个HID Host。

  • BLE HID设备支持三种报告（Report）：输入（Input）、输出（Output）及特征（Feature）。

    • 输入报告：BLE HID从机设备发送数据给BLE HID主机设备

    • 输出报告：BLE HID主机设备发送数据给BLE HID从机设备

    • 特征报告：双向数据通道

  • HID有两个Channel：

    • Control Channel：Report在此Channel上传输称为Synchronous Report。

    • Interrupt Channel：Report在此Channel上传输称为Asynchronous Report。

  • USB工作小组发布了Report创建工具Report Descriptor Tool，可以轻松地创建MAP表。

  • UUID为0x1812（标准规范），数据存放在报告中，通过下面的各个特征Characteristic来收发HID的报告数据。具体的数据定义可参考HOGP specification。

  • 常见产品有蓝牙鼠标、蓝牙键盘、蓝牙游戏手柄、蓝牙自拍杆等。

2. BLE HID应用笔记

  • 在实现BLE HID应用时，基本步骤如下：

    1. 针对应用功能，添加对应设备的HID Map。

    2. 服务中添加对应设备的数据长度、报告类型。

    3. 按照需求发送对应的数据给主设备。

  • BLE HID应用通常会进行配对绑定。在实际产品开发中，为了获得更好的体验，断连后，需要采用快慢广播策略。例如，先进行定向广播；超时后，使用快广播，广播间隔100 ms，持续5s；超时后，使用慢广播，广播间隔1s。具体的代码实现，可以参考SDK projects\ble\ble_peripheral目录下的ble_app_hids_keyboard示例工程。

  • 不同应用模拟的动作不同，例如：

    • 鼠标：左中右按键、滚轮、X/Y坐标

    • 键盘：全键盘、小键盘

    • 自拍杆：手机音量键

    • 触控板：触摸事件、X/Y坐标

  • 在实现HID应用时，可以参考SDK projects\ble\ble_peripheral目录下的ble_app_hids_keyboard和ble_app_hids_mouse示例工程，以及文档《GR5xx鼠标示例手册》。

  • 在Android系统蓝牙中需要显示键盘/鼠标的图标，需添加描述符BLE_APPEARANCE_HID_KEYBOARD字段，例如SDK keyboard示例工程adv_dta：

    static const uint8_t s_adv_data_set[] =                 /**< Advertising data. */
{
    0x0A,   // Length of this data
    BLE_GAP_AD_TYPE_COMPLETE_NAME,
    'G', 'o', 'o', 'd', 'i', 'x', '_', 'K', 'B',
    0x03,
    BLE_GAP_AD_TYPE_APPEARANCE,
    LO_U16(BLE_APPEARANCE_HID_KEYBOARD),
    HI_U16(BLE_APPEARANCE_HID_KEYBOARD),              //Android system ble can show keyborad
    0x07,   // Length
    BLE_GAP_AD_TYPE_COMPLETE_LIST_16_BIT_UUID,       //IOS system ble can show name 
    LO_U16(BLE_ATT_SVC_HID),
    HI_U16(BLE_ATT_SVC_HID),
    LO_U16(BLE_ATT_SVC_BATTERY_SERVICE),
    HI_U16(BLE_ATT_SVC_BATTERY_SERVICE),
    LO_U16(BLE_ATT_SVC_DEVICE_INFO),
    HI_U16(BLE_ATT_SVC_DEVICE_INFO),
};

  • 在iOS系统蓝牙中如需显示设备名称，需要添加描述符BLE_ATT_SVC_HID字段，如上面示例代码展示。

  • iOS在14.2版本以后不再支持HID Touchscreen。如需在iOS上实现应用上下翻页、点赞功能，可通过hid input指针设备绑定自定义手势实现屏幕滑动。实测使用鼠标滚轮效果最佳。但不同版本iOS可能存在坐标或滚轮不兼容，此时需调整iOS触控板灵敏度。

  • 与Android连接实现应用上下翻页、点赞功能。实测使用Finger Touch效果最佳。在60 Hz interval下，保证每个interval发送一个数据包。

  • 市面上设备的应用场景需要同时兼容Android和iOS设备。故为了兼容性考虑，一般在HID MAP中会同时添加鼠标、触摸、媒体及键盘等多种设备的map信息。用户可根据不同的应用场景选择使用不同HID数据进行发送。

  • HID应用分为很多设备类型，比如：鼠标、键盘、主动笔、触摸板等，此类应用对CI的要求一般是比较明确的。

    • 鼠标、主动笔：连续上报数据刷新率一般要求60 Hz，因此一般CI都会设置为15 ms。

    • 键盘：一般要求CI越小越好。

    • 触摸板：一般最小CI要求60 Hz。但是一般产品为了差异化，会提升数据刷新率，此时调小到对应CI。

    • 整体来看，HID应用中CI一般都由产品需求进行明确，可调范围不大。

  • HID应用在CI明确的情况下，降低功耗可考虑调整Slave Latency。

    • 鼠标、主动笔、触摸板：可以配置Slave Latency，因仅存在设备上行数据。

    • 键盘：不一定可配置Slave Latency，比如存在Host配置设备大写指示灯状态。

    • 在可长时间不工作的情况下，主动断开连接，在使用时通过Sensor触发广播发出，等待Host回连。

  • HID应用一般不存在长距离通信。一旦发生通信交互异常，需快速断连，开启广播等待回连，因此Sup Timeout可以配置较小值。

3. FAQ

Q：HID设备与iOS设备连接成功后，设备无响应，是什么原因？

A：iOS系统的连接策略是：当设备绑定后，只要不在手机系统端取消绑定，iOS端会自动连接设备。当设备端将配对信息删除后，iOS端仍会自动连接设备，只是没有加密，所以需要检查应用代码是否将设备端的绑定信息进行了清除。如需在iOS端重新绑定，则需要在设置界面，将之前配对的设备进行忽略删除，重新进行配对绑定。

Q：HID设备与主机端配对成功后，设备端发送数据无响应，是什么原因？

A：在实际产品应用开发中，可能会遇到HID设备跟一些电脑配对后，断连后回连时，电脑端没有Enable CCCD，导致设备端在发送数据时，发送失败。遇到此问题时，可以通过抓包进行分析，看数据是否发送成功，或者尝试修改HID profile中的代码，将CCCD判断条件注释掉。

Q：产品应用中需要集成多Keyboard和Mouse功能，怎么实现？

A：例如，在自拍杆应用场景中，需要同时兼容Android和iOS设备。为保证兼容性，一般在HID MAP中会同时添加鼠标、触摸、媒体及键盘等多种设备的map信息，可根据不同的应用场景选择使用不同HID数据进行发送。