I don't look back,I always have plenty of reasons to look ahead!

我不会回头看，我总是有足够的理由向前看！

--舒马赫^[1]

赛车是每一个男人的梦想，但是不是每一个人都能真正的摸一次赛车方向盘，买了尘埃拉力赛很久了，一直都是手柄玩，让我技术长得很慢！遂上网查外设，简直是暴利，直流有刷电机居然卖1000+，当然国产外设厂商起来以后，确实给方向盘外设打下一大截，不过还是囊中羞涩，在本科的时候，借助网上固件MMOS做过一次方向盘，但是，没有自己写程序总感觉东西不是自己的，这一次，查了一些资料，在国外论坛看到了一些教程，有阅读了一下usb相关协议，决定自己写一个驱动

这篇文章使用ESP32S3实现了一个力反馈设备驱动，目前在尘埃拉力赛2.0和欧卡上测试还比较正常，但是依然存在一些小的问题，此文仅以用来记录学习和探索的过程。

材料选型

主控选用esp32s3；电机驱动选用的是Odriver，使用CAN通信和电机通信。

参考资料

一、ESP32实现USB-HID设备

ESP32自带tinyUSB协议栈，结合示例程序能非常容易的实现USB设备，打开esp-idf的example 选择tusd-hid 示例程序

这是接收数据的回调函数：

// Invoked when received GET_REPORT control request
// Application must fill buffer report's content and return its length.
// Return zero will cause the stack to STALL request
uint16_t tud_hid_get_report_cb(uint8_t instance, uint8_t report_id, hid_report_type_t report_type, uint8_t* buffer, uint16_t reqlen)
{
    (void) instance;
    (void) report_id;
    (void) report_type;
    (void) buffer;
    (void) reqlen;

    return 0;
}

// Invoked when received SET_REPORT control request or
// received data on OUT endpoint ( Report ID = 0, Type = 0 )
void tud_hid_set_report_cb(uint8_t instance, uint8_t report_id, hid_report_type_t report_type, uint8_t const* buffer, uint16_t bufsize)
{
}

第二个回调函数的参数与上述一样

注意：这个参数仅仅在报告类型为Feature报告的时候才有效，输出报告的时候该参数一直为零，根据协议，原始数据的第零位是报告ID

USB-HID协议简述

USB-HID协议非常复杂，我也是因此项目初次接触，只能简单阐述一下这里面需要的知识，有错误之处，请多包涵；

同时我主要参考了《圈圈带你玩USB》一书以及B站up hoop0 的视频，推荐大家看一看原视频，深入浅出，讲的很好。

枚举过程

枚举过程由USB芯片自动完成，在制作过程中不必过分在意，但是了解枚举过程还是有助于了解其工作原理。在这里贴一篇博主的文章供参考

设备描述符

设备描述符（Device Descriptor）说明了USB设备的通用信息，包含应用到全部设备和所有设备配置的信息。USB设备只有一个设备描述符（Device Descriptor）。设备描述符是在设备连接时主机读取的第一个描述符。设备描述符所含的信息，被主机用来取得设备的额外内容。设备描述符（Device Descriptor）提供了关于设备、设备的配置以及任何设备所归属的类的信息。

一般 bDeviceClass bDeviceSubClass bDeviceProtocol 不写，即填充为0x00 因为这会限制后面的协议，而bInterfaceClass 中指定实现的功能

在ESP32的tinyUSB示例中

    const tinyusb_config_t tusb_cfg = {
        .device_descriptor = NULL,
        .string_descriptor = hid_string_descriptor,
        .string_descriptor_count = sizeof(hid_string_descriptor) / sizeof(hid_string_descriptor[0]),
        .external_phy = false,
    #if (TUD_OPT_HIGH_SPEED)
        .fs_configuration_descriptor = hid_configuration_descriptor, // HID configuration descriptor for full-speed and high-speed are the same
        .hs_configuration_descriptor = hid_configuration_descriptor,
        .qualifier_descriptor = NULL,
    #else
        .configuration_descriptor = hid_configuration_descriptor,
    #endif // TUD_OPT_HIGH_SPEED
    };

tinyusb配置结构体中device_descriptor 指针默认为NULL，这代表使用ESP32默认的设备描述符，如果要改变其ProduceID和VendorID可以在配置项（menuconfig）中修改

配置描述符集合

配置描述符涉及多个层次的描述符，包括配置描述符、接口描述符、HID描述符和端点描述符。

在ESP32IDF示例中，并不是一一填写这些描述符，他已经提供了固定的描述符配置，仅需要填写关键的信息，在文usbd.h 中提供了大量的宏定义来提供这些描述符，在使用实例中，描述符被定义为

static const uint8_t hid_configuration_descriptor[] = {
    // Configuration number, interface count, string index, total length, attribute, power in mA
    TUD_CONFIG_DESCRIPTOR(1, 1, 0, TUSB_DESC_TOTAL_LEN, TUSB_DESC_CONFIG_ATT_REMOTE_WAKEUP, 100),

    // Interface number, string index, boot protocol, report descriptor len, EP OUT address,EP In address, size & polling interval
    TUD_HID_INOUT_DESCRIPTOR(0, 4, false, FFB_DESC_LENGTH, 0x02,0x81, 64, 5),

};

TUD_CONFIG_DESCRIPTOR 是tinyusb 写好的宏函数，扩展为配置描述符，只需要填入对应的参数即可TUD_HID_INOUT_DESCRIPTOR 则是一个大杂烩包含了剩下描述符（不包含报告描述符和字符串描述符）同样只需要填入参数即可

最后配置描述符集合hid_configuration_descriptor[]

这个东西比较复杂，我基本参考网上的描述符，但是都大同小异，无非是数据长度的差异，但是我是用的描述符有一些问题（我也不知道是不是文件描述符的问题），使用此描述符的设备无法在我的笔记本电脑上被识别为力反馈设备。但是我提供了对应的补丁（一些注册表文件）

该描述符可通过文件我的开源代码下载...

力反馈设备相关协议

简单说明了我们需要填写的USB描述符以后，现在开始介绍正式的力反馈设备相关的协议，参考资料是hid《usage-table》的Physic Input Device Page(0x0F)页

力反馈设备的力反馈是由11种预设效果合成的，参数块的数量等于关节数量乘以轴数，或等于 2，以较大值为准，最小值 2 可支持一个包络参数块和一个额外的特定类型参数块。具体种类参见下表（usage table ）

效果类型主要分为恒定效果，斜坡效果，方波效果，正弦波，三角波效果，锯齿波（向上），锯齿波（向下），弹簧效果，阻尼效果，惯性效果，摩擦效果以及自定义。自定义可以忽略，我查阅基本所有的都能没有实现自定义效果

而参数块基本可以分为，恒定参数，包络参数，包络参数主要实现的是淡入淡出的效果，周期参数块和条件参数快，条件参数主要实现的是弹簧，摩擦，阻尼，惯性等效果

力反馈设备的通信主要是下载效果，设置效果的参数，打开效果，关闭效果等等，下面开始详细解释一下各个包的含义，注意：我在下文说的报告描述符ID是我写在报告描述符里面的，不是代表这个包的ID一定是这么多，取决于你的描述符。

• 创建新的效果，描述符ID 为0x10，类型是一个设置特性报告。特性报告第第0位是效果的类型，但是在这里我没保存，因为后面设置参数的时候还有对应的参数，这里不需要管。

• 创建效果的状态，描述符ID 为0x11，类型是一个获取特性报告。主机向设备请求一个报告，里面包含了上一次创建效果的结果，创建的效果ID，因为我们选择的是从机管理内存，所以我们要返回对应的效果块的ID，以后的效果块的指代都由ID

所以创建效果块的流程就是

1.主机发送创建效果块的设置特性报告，从机处理（分配内存，分配效果ID）

2.主机发送创先效果块的结果的获取特性报告，从机回复（效果块的ID，是否创建成功，剩余内存为多少）

void tud_hid_set_report_cb(uint8_t instance, uint8_t report_id, hid_report_type_t report_type, uint8_t const* buffer, uint16_t bufsize)
{   
        switch (report_type)
        {
            case HID_REPORT_TYPE_FEATURE: //report id 1 set effect
                //printf("set report_id %d\n",report_id);
                if(report_id == CREATE_NEW_EFFECT_REPORT){ //如果是创建效果块则进入创建效果块的回调函数里面
                    CreateNewEffect(report_id,buffer,bufsize);     
                }else if(report_id == CONFIG_REPORT_ID){
                    Config(buffer,bufsize);
                }   
            break;
            case HID_REPORT_TYPE_OUTPUT:
                HandleOutput(buffer,bufsize);
            break;
            default:
            break;
        }
}
//回复的包的数据结构
typedef struct 
{
    uint8_t effect_block_index; // index dell'effetto
    uint8_t block_load_status; // 1 ok, 2 -out of memory, 3 JC was here, or maybe not ? case: undefined.
    uint16_t ram_pool_available;
    
}PidBlockLoadReport;

PidBlockLoadReport _pidBlockLoadReport;
void CreateNewEffect(uint8_t reportID,const uint8_t *hid_report_out,uint8_t length)
{   

    uint8_t _blockIndex = GetNextIndex(); //获取效果块的ID
    _pidBlockLoadReport.effect_block_index = _blockIndex; //构建回复包，等会要用
    if(_blockIndex!=0){ 
        _pidBlockLoadReport.block_load_status = SUCCESS;//构建回复包，等会要用
        _pidBlockLoadReport.ram_pool_available = (MAX_EFFECTS_NUM - _ramPool.UsedCount)*sizeof(Force_t); //构建回复包，等会要用
        _ramPool.ForcesPool[_blockIndex-1].State =  MEFFECTSTATE_ALLOCATED;
        _ramPool.UsedCount++;
        //printf("Create New Effect Type %d, Block Index %d\n",hid_report_out[0],_blockIndex);
    }
    else{//如果创建失败，则构建回复包
        _pidBlockLoadReport.block_load_status = OUT_OF_MEMORY;
        _pidBlockLoadReport.ram_pool_available = 0x00; 
    }
    
 }

[未完待续...]