基于STM32F103实现Xbox 360 Controller for Windows 之Xinput

lilijin1995 发表于 2022-12-26 16:53

本帖最后由 lilijin1995 于 2022-12-27 20:05 编辑

背景：
上个月由于家里有事，实现了并枚举成功的Xinput，就差数据处理没有完成，请假在家，客户急要，只好请同事改改，玩usb hid已经差不多两年了，至今也算没有实现Xbox 360 Controller for Windows 如下图，一来不知道怎么实现，二来没有画时间去琢磨；年底没啥事做，咱们现在就来实现这样手柄。

下面简单说一下实现步骤，并附上相关的参考资料：首先是实现步骤：
第一步，设计硬件，硬件还是我们之前设计的摇杆板，摇杆板只有一个摇杆和8个按键，但这并不妨碍我们学习Xinput协议。
第二步，设计软件，这里的软件设计最重要的在于USB hid相关的描述符修改。
第三步，下载验证，完成软件设计之后，我们将通过视频给大家展示我们所实现的效果。

接着是参考资料：
https://github.com/nesvera/STM32-X360-xinput
这个是GitHub上面的大佬开源的，大家想要学习，自己下载学习即可。

硬件设计：
首先我们设计一个基于STM32F103C8T6的评估板，原理图如下：

由原理图我们可以知道，我们设计了8颗轻触按键，另有摇杆一个，同时有WS2812B一颗用于装饰。
最终我们设计的成品如下图：

软件设计：我们的软件是基于STM32 HAL库的，HAL库中的USB HID是比较简单的，我们要向实现一个STM32只要通过修改几个描述符，增加几个厂商处理请求即可。
1.修改设备描述符：
__ALIGN_BEGIN uint8_t USBD_FS_DeviceDesc __ALIGN_END =
{
0x12,                   /*bLength */
USB_DESC_TYPE_DEVICE,    /*bDescriptorType*/
0x00,                   /*bcdUSB */
0x02,
0x00,                   /*bDeviceClass*/
0x00,                   /*bDeviceSubClass*/
0x00,                   /*bDeviceProtocol*/
USB_MAX_EP0_SIZE,       /*bMaxPacketSize*/
LOBYTE(USBD_VID),       /*idVendor*/
HIBYTE(USBD_VID),       /*idVendor*/
LOBYTE(USBD_PID_FS),    /*idProduct*/
HIBYTE(USBD_PID_FS),    /*idProduct*/
0x00,                   /*bcdDevice rel. 2.00*/
0x02,
USBD_IDX_MFC_STR,       /*Index of manufacturerstring*/
USBD_IDX_PRODUCT_STR,    /*Index of product string*/
USBD_IDX_SERIAL_STR,    /*Index of serial number string*/
USBD_MAX_NUM_CONFIGURATION/*bNumConfigurations*/
};需要修改的设备描述符中的USBD_VID和USBD_PID_FS，这两个分别是厂商ID和产品ID，厂商ID是USB IF组织分配的，以下是微软的VID以及Xinput的PID

#define USBD_VID 0x045E
#define USBD_PID_FS 0x028E2.修改配置/接口/HID/端点/厂商描述符：
/* USB CUSTOM_HID device FS Configuration Descriptor */
__ALIGN_BEGIN static uint8_t USBD_CUSTOM_HID_CfgFSDesc __ALIGN_END =
{
/************** Configuration Descriptor 1 Bus Powered, 500 mA ****************/
0x09, /* bLength: Configuration Descriptor size */
USB_DESC_TYPE_CONFIGURATION, /* bDescriptorType: Configuration */
USB_CUSTOM_HID_CONFIG_DESC_SIZ,
/* wTotalLength: Bytes returned */
0x00,
0x04,       /*bNumInterfaces: 1 interface*/
0x01,       /*bConfigurationValue: Configuration value*/
0x00,       /*iConfiguration: Index of string descriptor describing
the configuration*/
0xA0,       /*bmAttributes: Bus Powered, Remote Wakeup*/
0xFA,       /*MaxPower 500 mA: this current is used for detecting Vbus*/

/**************Interface Descriptor 0/0 Vendor-Specific, 2 Endpoints****************/
/* 09 */
0x09,       /*bLength: Interface Descriptor size*/
USB_DESC_TYPE_INTERFACE,/*bDescriptorType: Interface descriptor type*/
0x00,       /*bInterfaceNumber: Number of Interface*/
0x00,       /*bAlternateSetting: Alternate setting*/
0x02,       /*bNumEndpoints*/
0xFF,       /*Vendor-Specific*/
0x5D,       /*bInterfaceSubClass : 1=BOOT, 0=no boot*/
0x01,       /*nInterfaceProtocol : 0=none, 1=keyboard, 2=mouse*/
0x00,          /*iInterface: Index of string descriptor*/
/**************Unrecognized Class-Specific Descriptor***********************/
/* 18 */
0x11,       /*bLength: CUSTOM_HID Descriptor size*/
0x21, /*bDescriptorType: CUSTOM_HID*/
0x10,0x01,0x01,0x25,0x81,0x14,0x03,0x03,
0x03,0x04,0x13,0x02,0x08,0x03,0x03,
/**************Endpoint Descriptor 81 1 In, Interrupt, 4 ms******************/
/* 27 */
0x07,       /*bLength: Endpoint Descriptor size*/
USB_DESC_TYPE_ENDPOINT, /*bDescriptorType:*/

CUSTOM_HID_EPIN_ADDR, /*bEndpointAddress: Endpoint Address (IN)*/
0x03,       /*bmAttributes: Interrupt endpoint*/
CUSTOM_HID_EPIN_SIZE, /*wMaxPacketSize: 2 Byte max */
0x00,
CUSTOM_HID_FS_BINTERVAL,       /*bInterval: Polling Interval */
/**************Endpoint Descriptor 02 2 Out, Interrupt, 8 ms******************/
/* 34 */
0x07,       /*bLength: Endpoint Descriptor size*/
USB_DESC_TYPE_ENDPOINT, /*bDescriptorType:*/

0x02, /*bEndpointAddress: Endpoint Address (IN)*/
0x03,       /*bmAttributes: Interrupt endpoint*/
0x20, /*wMaxPacketSize: 2 Byte max */
0x00,
0x08,       /*bInterval: Polling Interval */

/**************Interface Descriptor 1/0 Vendor-Specific, 2 Endpoints****************/
/* 09 */
0x09,       /*bLength: Interface Descriptor size*/
USB_DESC_TYPE_INTERFACE,/*bDescriptorType: Interface descriptor type*/
0x01,       /*bInterfaceNumber: Number of Interface*/
0x00,       /*bAlternateSetting: Alternate setting*/
0x02,       /*bNumEndpoints*/
0xFF,       /*Vendor-Specific*/
0x5D,       /*bInterfaceSubClass : 1=BOOT, 0=no boot*/
0x01,       /*nInterfaceProtocol : 0=none, 1=keyboard, 2=mouse*/
0x00,          /*iInterface: Index of string descriptor*/
/**************Unrecognized Class-Specific Descriptor***********************/
/* 18 */
0x1B,       /*bLength: CUSTOM_HID Descriptor size*/
0x21, /*bDescriptorType: CUSTOM_HID*/
0x00,0x01,0x01,0x01,0x83,0x40,0x01,0x04,
0x20,0x16,0x85,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
0x00,0x16,0x05,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
0x00,
/**************Endpoint Descriptor 81 1 In, Interrupt, 4 ms******************/
/* 27 */
0x07,       /*bLength: Endpoint Descriptor size*/
USB_DESC_TYPE_ENDPOINT, /*bDescriptorType:*/

0x83, /*bEndpointAddress: Endpoint Address (IN)*/
0x03,       /*bmAttributes: Interrupt endpoint*/
0x20, /*wMaxPacketSize: 2 Byte max */
0x00,
0x02,       /*bInterval: Polling Interval */
/**************Endpoint Descriptor 02 2 Out, Interrupt, 8 ms******************/
/* 34 */
0x07,       /*bLength: Endpoint Descriptor size*/
USB_DESC_TYPE_ENDPOINT, /*bDescriptorType:*/

0x04, /*bEndpointAddress: Endpoint Address (IN)*/
0x03,       /*bmAttributes: Interrupt endpoint*/
0x20, /*wMaxPacketSize: 2 Byte max */
0x00,
0x04,       /*bInterval: Polling Interval */

/**************Interface Descriptor 2/0 Vendor-Specific, 2 Endpoints****************/
/* 09 */
0x09,       /*bLength: Interface Descriptor size*/
USB_DESC_TYPE_INTERFACE,/*bDescriptorType: Interface descriptor type*/
0x02,       /*bInterfaceNumber: Number of Interface*/
0x00,       /*bAlternateSetting: Alternate setting*/
0x01,       /*bNumEndpoints*/
0xFF,       /*Vendor-Specific*/
0x5D,       /*bInterfaceSubClass : 1=BOOT, 0=no boot*/
0x02,       /*nInterfaceProtocol : 0=none, 1=keyboard, 2=mouse*/
0x00,          /*iInterface: Index of string descriptor*/
/**************Unrecognized Class-Specific Descriptor***********************/
/* 18 */
0x09,       /*bLength: CUSTOM_HID Descriptor size*/
0x21, /*bDescriptorType: CUSTOM_HID*/
0x00,0x01,0x01,0x22,0x86,0x07,0x00,
/**************Endpoint Descriptor 81 1 In, Interrupt, 4 ms******************/
/* 27 */
0x07,       /*bLength: Endpoint Descriptor size*/
USB_DESC_TYPE_ENDPOINT, /*bDescriptorType:*/

0x86, /*bEndpointAddress: Endpoint Address (IN)*/
0x03,       /*bmAttributes: Interrupt endpoint*/
0x20, /*wMaxPacketSize: 2 Byte max */
0x00,
0x10,       /*bInterval: Polling Interval */

/**************nterface Descriptor 3/0 Vendor-Specific, 0 Endpoints****************/
/* 09 */
0x09,       /*bLength: Interface Descriptor size*/
USB_DESC_TYPE_INTERFACE,/*bDescriptorType: Interface descriptor type*/
0x03,       /*bInterfaceNumber: Number of Interface*/
0x00,       /*bAlternateSetting: Alternate setting*/
0x00,       /*bNumEndpoints*/
0xFF,       /*Vendor-Specific*/
0xFD,       /*bInterfaceSubClass : 1=BOOT, 0=no boot*/
0x13,       /*nInterfaceProtocol : 0=none, 1=keyboard, 2=mouse*/
0x04,          /*iInterface: Index of string descriptor*/
/**************Unrecognized Class-Specific Descriptor***********************/
/* 18 */
0x06,       /*bLength: CUSTOM_HID Descriptor size*/
0x41, /*bDescriptorType: CUSTOM_HID*/
0x00,0x01,0x01,0x03
};这个配置描述符即可比较长，不过也比较统一，大家可以直接复制参考代码中的也可以，不过要注意以下接口索引号，端点地址之类的，比如我们定义的
#define CUSTOM_HID_EPIN_ADDR             0x81U
#define CUSTOM_HID_EPIN_SIZE 20U这个端点1地址以及端点大小正是我们自己定义的，大小一定不能小于20，因为微软XBOX360手柄定义的报表描述符正是20个字节。
大家可能比较好奇，XBOX360手柄为什么没有报表没舒服，我们在代码中也没有实现，直接给它初始化为0，这是为何？
其实我也不清楚，是不是系统自己只要认对应的VID和PID以及配置描述符正确，应该就可以正确枚举了？其实我们Usb主机好像也确实没有问我们设备要报表描述符。

3. 添加厂商请求的处理。在USBD_CUSTOM_HID_Setup函数值，除了类请求USB_REQ_TYPE_CLASS、标准请求USB_REQ_TYPE_STANDARD，还需要增加一个厂商请求USB_REQ_TYPE_VENDOR，如下：
static uint8_tUSBD_CUSTOM_HID_Setup(USBD_HandleTypeDef *pdev,
                                 USBD_SetupReqTypedef *req)
{
USBD_CUSTOM_HID_HandleTypeDef *hhid = (USBD_CUSTOM_HID_HandleTypeDef *)pdev->pClassData;
uint16_t len = 0U;
uint8_t*pbuf = NULL;
uint16_t status_info = 0U;
uint8_t ret = USBD_OK;

switch (req->bmRequest & USB_REQ_TYPE_MASK)
{
case USB_REQ_TYPE_VENDOR:
   switch (req->bRequest)
   {
   case 0x01:
   {
         /* code */
         if(req->wLength == 0x14)
         {
            len= MIN(0x14, req->wLength);
            pbuf = vendor_request_content;
         }
         else if(req->wLength == 0x08)
         {
            len= MIN(0x8, req->wLength);
            pbuf = vendor_re2;
         }
         else if(req->wLength == 0x04)
         {
            len= MIN(0x04, req->wLength);
            pbuf = vendor_re2;
         }
         break;
   }

   default:
         break;
   }
   USBD_CtlSendData(pdev, pbuf, len);
   break;
default:
   USBD_CtlError(pdev, req);
   ret = USBD_FAIL;
   break;
}
return ret;
}
实现上面这些，基本在电脑端可以枚举成功一个Xbox 360 Controller for Windows 手柄设备。但是我们并不能满足一次。
4. 解析摇杆电位器和按键数据。
void Xinput_Handle(void)
{
   int16_t X=0,Y=0;
//X-Y
for(u8 i=0; i<AD_DATA_SIZE;)
{
   AdXSum += AD_DATA;
   i++;
   AdYSum += AD_DATA;
   i++;
}
Xtemp=AdXSum/10;
AdXSum=0;
Ytemp=AdYSum/10;
AdYSum=0;
if(Xtemp>Xmax)
   Xtemp=Xmax;
if(Xtemp<Xmin)
   Xtemp=Xmin;

if(Ytemp>Ymax)
   Ytemp=Ymax;
if(Ytemp<Ymin)
   Ytemp=Ymin;
X=(int16_t)map( Xtemp, Xmin, Xmax, INT16_MAX, INT16_MIN );
Y=(int16_t)map( Ytemp, Ymin, Ymax, INT16_MIN, INT16_MAX );


   //Button

if((UPKEY)==0)//Y
{
   TXData |= Y_MASK_ON;
}else{
            TXData &= Y_MASK_OFF;
   }
if((DNKEY)==0)//A
{
   TXData |= A_MASK_ON;
}else{
            TXData &= A_MASK_OFF;

   }

if(LFKEY==0)
{
   TXData |= X_MASK_ON;
} else {
   TXData &= X_MASK_OFF;
}
if(RGKEY==0)
{
   TXData |= B_MASK_ON;
} else {
   TXData &= B_MASK_OFF;
}

if(BKKEY==0)//BUTTON_BACK
{
   TXData |= BACK_MASK_ON;
} else {
   TXData &= BACK_MASK_OFF;
}
if(MDKEY==0)//BUTTON_LB
{
   TXData |= LB_MASK_ON;
} else {
   TXData &= LB_MASK_OFF;
}
if(STKEY==0)//BUTTON_START
{
   TXData |= START_MASK_ON;
} else {
   TXData &= START_MASK_OFF;
}
if(TBKEY==0)//BUTTON_RB
{
   TXData |= RB_MASK_ON;
} else {
   TXData &= RB_MASK_OFF;
}
if(SW1!=0)
{
   TXData |= **_MASK_ON;
} else {
   TXData &= **_MASK_OFF;
}
   TXData = LOBYTE(Y);             // (CONFERIR)
   TXData = HIBYTE(Y);
   //Left Stick Y Axis
   TXData = LOBYTE(X);
   TXData = HIBYTE(X);
   //Clear DPAD
   TXData &= DPAD_MASK_OFF;
   USBD_CUSTOM_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,(u8*)&TXData, 20);

}
这里我们直接参考了GitHub上大佬的。其中map函数的作用把12位AD值0~4095转成16位的0~65535。然后扫描一下按键，按要求赋值即可。我们这里实现了左摇杆，以及A、B、X、Y、LB、RB、START、BACK等按键。

下载验证：

请大家查看我们的视频：
https://www.bilibili.com/video/BV1uR4y1D7Uy/?vd_source=2bbde87de845d5220b1d8ba075c12fb0

呐咯密密 发表于 2022-12-27 22:32

实现效果可以啊

Bowclad 发表于 2023-1-1 17:15

厉害啊，搞的不错

zerorobert 发表于 2023-1-5 12:22

这个移植一个shell就行。

benjaminka 发表于 2023-1-6 15:27

xinput是什么功能？

uytyu 发表于 2023-1-9 15:43

这个有什么作用？

星辰大海不退缩 发表于 2023-1-9 16:08

很有参考意义，细节也有提醒

hilahope 发表于 2023-1-11 22:07

如果usbhid不打开，数据通信就会错误的。

pmp 发表于 2023-1-16 15:53

这个学习一下了。

nomomy 发表于 2023-1-19 17:09

little shell 了解一下。

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