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[STM32F1] 基于STM32F103实现Xbox 360 Controller for Windows 之Xinput

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 楼主| lilijin1995 发表于 2022-12-26 16:53 | 显示全部楼层 |阅读模式
STM, STM32, STM32F, STM32F1, Box, Controller, FOR
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。
1496263a969427febf.png


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：
6780463a99cfb98338.png
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：
76249f2de75b5f17aeb51cc993765f8b836634e6.jpg


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：
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  1. __ALIGN_BEGIN uint8_t USBD_FS_DeviceDesc[USB_LEN_DEV_DESC] __ALIGN_END =
    

  2. {
    

  3.   0x12,                       /*bLength */
    

  4.   USB_DESC_TYPE_DEVICE,       /*bDescriptorType*/
    

  5.   0x00,                       /*bcdUSB */
    

  6.   0x02,
    

  7.   0x00,                       /*bDeviceClass*/
    

  8.   0x00,                       /*bDeviceSubClass*/
    

  9.   0x00,                       /*bDeviceProtocol*/
    

  10.   USB_MAX_EP0_SIZE,           /*bMaxPacketSize*/
    

  11.   LOBYTE(USBD_VID),           /*idVendor*/
    

  12.   HIBYTE(USBD_VID),           /*idVendor*/
    

  13.   LOBYTE(USBD_PID_FS),        /*idProduct*/
    

  14.   HIBYTE(USBD_PID_FS),        /*idProduct*/
    

  15.   0x00,                       /*bcdDevice rel. 2.00*/
    

  16.   0x02,
    

  17.   USBD_IDX_MFC_STR,           /*Index of manufacturer  string*/
    

  18.   USBD_IDX_PRODUCT_STR,       /*Index of product string*/
    

  19.   USBD_IDX_SERIAL_STR,        /*Index of serial number string*/
    

  20.   USBD_MAX_NUM_CONFIGURATION  /*bNumConfigurations*/
    

  21. };
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

复制
  1. #define USBD_VID     0x045E
    

  2. #define USBD_PID_FS     0x028E
2.修改配置/接口/HID/端点/厂商描述符：
复制
  1. /* USB CUSTOM_HID device FS Configuration Descriptor */
    

  2. __ALIGN_BEGIN static uint8_t USBD_CUSTOM_HID_CfgFSDesc[USB_CUSTOM_HID_CONFIG_DESC_SIZ] __ALIGN_END =
    

  3. {
    

  4.     /************** Configuration Descriptor 1 Bus Powered, 500 mA ****************/
    

  5.     0x09, /* bLength: Configuration Descriptor size */
    

  6.     USB_DESC_TYPE_CONFIGURATION, /* bDescriptorType: Configuration */
    

  7.     USB_CUSTOM_HID_CONFIG_DESC_SIZ,
    

  8.     /* wTotalLength: Bytes returned */
    

  9.     0x00,
    

  10.     0x04,         /*bNumInterfaces: 1 interface*/
    

  11.     0x01,         /*bConfigurationValue: Configuration value*/
    

  12.     0x00,         /*iConfiguration: Index of string descriptor describing
    

  13.   the configuration*/
    

  14.     0xA0,         /*bmAttributes: Bus Powered, Remote Wakeup*/
    

  15.     0xFA,         /*MaxPower 500 mA: this current is used for detecting Vbus*/
    


  16. 

  17.     /**************Interface Descriptor 0/0 Vendor-Specific, 2 Endpoints****************/
    

  18.     /* 09 */
    

  19.     0x09,         /*bLength: Interface Descriptor size*/
    

  20.     USB_DESC_TYPE_INTERFACE,/*bDescriptorType: Interface descriptor type*/
    

  21.     0x00,         /*bInterfaceNumber: Number of Interface*/
    

  22.     0x00,         /*bAlternateSetting: Alternate setting*/
    

  23.     0x02,         /*bNumEndpoints*/
    

  24.     0xFF,         /*Vendor-Specific*/
    

  25.     0x5D,         /*bInterfaceSubClass : 1=BOOT, 0=no boot*/
    

  26.     0x01,         /*nInterfaceProtocol : 0=none, 1=keyboard, 2=mouse*/
    

  27.     0x00,            /*iInterface: Index of string descriptor*/
    

  28.     /**************Unrecognized Class-Specific Descriptor***********************/
    

  29.     /* 18 */
    

  30.     0x11,         /*bLength: CUSTOM_HID Descriptor size*/
    

  31.     0x21, /*bDescriptorType: CUSTOM_HID*/
    

  32.     0x10,0x01,0x01,0x25,0x81,0x14,0x03,0x03,
    

  33.     0x03,0x04,0x13,0x02,0x08,0x03,0x03,
    

  34.     /**************Endpoint Descriptor 81 1 In, Interrupt, 4 ms******************/
    

  35.     /* 27 */
    

  36.     0x07,          /*bLength: Endpoint Descriptor size*/
    

  37.     USB_DESC_TYPE_ENDPOINT, /*bDescriptorType:*/
    


  38. 

  39.     CUSTOM_HID_EPIN_ADDR,     /*bEndpointAddress: Endpoint Address (IN)*/
    

  40.     0x03,          /*bmAttributes: Interrupt endpoint*/
    

  41.     CUSTOM_HID_EPIN_SIZE, /*wMaxPacketSize: 2 Byte max */
    

  42.     0x00,
    

  43.     CUSTOM_HID_FS_BINTERVAL,          /*bInterval: Polling Interval */
    

  44.     /**************Endpoint Descriptor 02 2 Out, Interrupt, 8 ms******************/
    

  45.     /* 34 */
    

  46.     0x07,          /*bLength: Endpoint Descriptor size*/
    

  47.     USB_DESC_TYPE_ENDPOINT, /*bDescriptorType:*/
    


  48. 

  49.     0x02,     /*bEndpointAddress: Endpoint Address (IN)*/
    

  50.     0x03,          /*bmAttributes: Interrupt endpoint*/
    

  51.     0x20, /*wMaxPacketSize: 2 Byte max */
    

  52.     0x00,
    

  53.     0x08,          /*bInterval: Polling Interval */
    


  54. 

  55.     /**************Interface Descriptor 1/0 Vendor-Specific, 2 Endpoints****************/
    

  56.     /* 09 */
    

  57.     0x09,         /*bLength: Interface Descriptor size*/
    

  58.     USB_DESC_TYPE_INTERFACE,/*bDescriptorType: Interface descriptor type*/
    

  59.     0x01,         /*bInterfaceNumber: Number of Interface*/
    

  60.     0x00,         /*bAlternateSetting: Alternate setting*/
    

  61.     0x02,         /*bNumEndpoints*/
    

  62.     0xFF,         /*Vendor-Specific*/
    

  63.     0x5D,         /*bInterfaceSubClass : 1=BOOT, 0=no boot*/
    

  64.     0x01,         /*nInterfaceProtocol : 0=none, 1=keyboard, 2=mouse*/
    

  65.     0x00,            /*iInterface: Index of string descriptor*/
    

  66.     /**************Unrecognized Class-Specific Descriptor***********************/
    

  67.     /* 18 */
    

  68.     0x1B,         /*bLength: CUSTOM_HID Descriptor size*/
    

  69.     0x21, /*bDescriptorType: CUSTOM_HID*/
    

  70.     0x00,0x01,0x01,0x01,0x83,0x40,0x01,0x04,
    

  71.     0x20,0x16,0x85,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
    

  72.     0x00,0x16,0x05,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,
    

  73.     0x00,
    

  74.     /**************Endpoint Descriptor 81 1 In, Interrupt, 4 ms******************/
    

  75.     /* 27 */
    

  76.     0x07,          /*bLength: Endpoint Descriptor size*/
    

  77.     USB_DESC_TYPE_ENDPOINT, /*bDescriptorType:*/
    


  78. 

  79.     0x83,     /*bEndpointAddress: Endpoint Address (IN)*/
    

  80.     0x03,          /*bmAttributes: Interrupt endpoint*/
    

  81.     0x20, /*wMaxPacketSize: 2 Byte max */
    

  82.     0x00,
    

  83.     0x02,          /*bInterval: Polling Interval */
    

  84.     /**************Endpoint Descriptor 02 2 Out, Interrupt, 8 ms******************/
    

  85.     /* 34 */
    

  86.     0x07,          /*bLength: Endpoint Descriptor size*/
    

  87.     USB_DESC_TYPE_ENDPOINT, /*bDescriptorType:*/
    


  88. 

  89.     0x04,     /*bEndpointAddress: Endpoint Address (IN)*/
    

  90.     0x03,          /*bmAttributes: Interrupt endpoint*/
    

  91.     0x20, /*wMaxPacketSize: 2 Byte max */
    

  92.     0x00,
    

  93.     0x04,          /*bInterval: Polling Interval */
    


  94. 

  95.     /**************Interface Descriptor 2/0 Vendor-Specific, 2 Endpoints****************/
    

  96.     /* 09 */
    

  97.     0x09,         /*bLength: Interface Descriptor size*/
    

  98.     USB_DESC_TYPE_INTERFACE,/*bDescriptorType: Interface descriptor type*/
    

  99.     0x02,         /*bInterfaceNumber: Number of Interface*/
    

  100.     0x00,         /*bAlternateSetting: Alternate setting*/
    

  101.     0x01,         /*bNumEndpoints*/
    

  102.     0xFF,         /*Vendor-Specific*/
    

  103.     0x5D,         /*bInterfaceSubClass : 1=BOOT, 0=no boot*/
    

  104.     0x02,         /*nInterfaceProtocol : 0=none, 1=keyboard, 2=mouse*/
    

  105.     0x00,            /*iInterface: Index of string descriptor*/
    

  106.     /**************Unrecognized Class-Specific Descriptor***********************/
    

  107.     /* 18 */
    

  108.     0x09,         /*bLength: CUSTOM_HID Descriptor size*/
    

  109.     0x21, /*bDescriptorType: CUSTOM_HID*/
    

  110.     0x00,0x01,0x01,0x22,0x86,0x07,0x00,
    

  111.     /**************Endpoint Descriptor 81 1 In, Interrupt, 4 ms******************/
    

  112.     /* 27 */
    

  113.     0x07,          /*bLength: Endpoint Descriptor size*/
    

  114.     USB_DESC_TYPE_ENDPOINT, /*bDescriptorType:*/
    


  115. 

  116.     0x86,     /*bEndpointAddress: Endpoint Address (IN)*/
    

  117.     0x03,          /*bmAttributes: Interrupt endpoint*/
    

  118.     0x20, /*wMaxPacketSize: 2 Byte max */
    

  119.     0x00,
    

  120.     0x10,          /*bInterval: Polling Interval */
    


  121. 

  122.     /**************nterface Descriptor 3/0 Vendor-Specific, 0 Endpoints****************/
    

  123.     /* 09 */
    

  124.     0x09,         /*bLength: Interface Descriptor size*/
    

  125.     USB_DESC_TYPE_INTERFACE,/*bDescriptorType: Interface descriptor type*/
    

  126.     0x03,         /*bInterfaceNumber: Number of Interface*/
    

  127.     0x00,         /*bAlternateSetting: Alternate setting*/
    

  128.     0x00,         /*bNumEndpoints*/
    

  129.     0xFF,         /*Vendor-Specific*/
    

  130.     0xFD,         /*bInterfaceSubClass : 1=BOOT, 0=no boot*/
    

  131.     0x13,         /*nInterfaceProtocol : 0=none, 1=keyboard, 2=mouse*/
    

  132.     0x04,            /*iInterface: Index of string descriptor*/
    

  133.     /**************Unrecognized Class-Specific Descriptor***********************/
    

  134.     /* 18 */
    

  135.     0x06,         /*bLength: CUSTOM_HID Descriptor size*/
    

  136.     0x41, /*bDescriptorType: CUSTOM_HID*/
    

  137.     0x00,0x01,0x01,0x03
    

  138. };
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
复制
  1. #define CUSTOM_HID_EPIN_ADDR                 0x81U
    

  2. #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：
复制
  1. static uint8_t  USBD_CUSTOM_HID_Setup(USBD_HandleTypeDef *pdev,
    

  2.                                       USBD_SetupReqTypedef *req)
    

  3. {
    

  4.   USBD_CUSTOM_HID_HandleTypeDef *hhid = (USBD_CUSTOM_HID_HandleTypeDef *)pdev->pClassData;
    

  5.   uint16_t len = 0U;
    

  6.   uint8_t  *pbuf = NULL;
    

  7.   uint16_t status_info = 0U;
    

  8.   uint8_t ret = USBD_OK;
    


  9. 

  10.   switch (req->bmRequest & USB_REQ_TYPE_MASK)
    

  11.   {
    

  12.     case USB_REQ_TYPE_VENDOR:
    

  13.         switch (req->bRequest)
    

  14.         {
    

  15.         case 0x01:
    

  16.         {
    

  17.             /* code */
    

  18.             if(req->wLength == 0x14)
    

  19.             {
    

  20.                 len  = MIN(0x14, req->wLength);
    

  21.                 pbuf = vendor_request_content;
    

  22.             }
    

  23.             else if(req->wLength == 0x08)
    

  24.             {
    

  25.                 len  = MIN(0x8, req->wLength);
    

  26.                 pbuf = vendor_re2;
    

  27.             }
    

  28.             else if(req->wLength == 0x04)
    

  29.             {
    

  30.                 len  = MIN(0x04, req->wLength);
    

  31.                 pbuf = vendor_re2;
    

  32.             }
    

  33.             break;
    

  34.         }
    


  35. 

  36.         default:
    

  37.             break;
    

  38.         }
    

  39.         USBD_CtlSendData(pdev, pbuf, len);
    

  40.         break;
    

  41.     default:
    

  42.       USBD_CtlError(pdev, req);
    

  43.       ret = USBD_FAIL;
    

  44.       break;
    

  45.   }
    

  46.   return ret;
    

  47. }

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。
复制
  1. void Xinput_Handle(void)
    

  2. {
    

  3.         int16_t X=0,Y=0;
    

  4.     //X-Y
    

  5.     for(u8 i=0; i<AD_DATA_SIZE;)
    

  6.     {
    

  7.         AdXSum += AD_DATA[i];
    

  8.         i++;
    

  9.         AdYSum += AD_DATA[i];
    

  10.         i++;
    

  11.     }
    

  12.     Xtemp=AdXSum/10;
    

  13.     AdXSum=0;
    

  14.     Ytemp=AdYSum/10;
    

  15.     AdYSum=0;
    

  16.     if(Xtemp>Xmax)
    

  17.         Xtemp=Xmax;
    

  18.     if(Xtemp<Xmin)
    

  19.         Xtemp=Xmin;
    


  20. 

  21.     if(Ytemp>Ymax)
    

  22.         Ytemp=Ymax;
    

  23.     if(Ytemp<Ymin)
    

  24.         Ytemp=Ymin;
    

  25.     X=(int16_t)map( Xtemp, Xmin, Xmax, INT16_MAX, INT16_MIN );
    

  26.     Y=(int16_t)map( Ytemp, Ymin, Ymax, INT16_MIN, INT16_MAX );
    

  27.         
    

  28.         
    

  29.         //Button
    


  30. 

  31.     if((UPKEY)==0)//Y
    

  32.     {
    

  33.         TXData[BUTTON_PACKET_2] |= Y_MASK_ON;
    

  34.     }else{
    

  35.                 TXData[BUTTON_PACKET_2] &= Y_MASK_OFF;
    

  36.         }
    

  37.     if((DNKEY)==0)//A
    

  38.     {
    

  39.         TXData[BUTTON_PACKET_2] |= A_MASK_ON;
    

  40.     }else{
    

  41.                 TXData[BUTTON_PACKET_2] &= A_MASK_OFF;
    

  42.                 
    

  43.         }
    

  44.     
    

  45.     if(LFKEY==0)
    

  46.     {
    

  47.         TXData[BUTTON_PACKET_2] |= X_MASK_ON;
    

  48.     } else {
    

  49.         TXData[BUTTON_PACKET_2] &= X_MASK_OFF;
    

  50.     }
    

  51.     if(RGKEY==0)
    

  52.     {
    

  53.         TXData[BUTTON_PACKET_2] |= B_MASK_ON;
    

  54.     } else {
    

  55.         TXData[BUTTON_PACKET_2] &= B_MASK_OFF;
    

  56.     }
    

  57.         
    

  58.     if(BKKEY==0)//BUTTON_BACK
    

  59.     {
    

  60.         TXData[BUTTON_PACKET_1] |= BACK_MASK_ON;
    

  61.     } else {
    

  62.         TXData[BUTTON_PACKET_1] &= BACK_MASK_OFF;
    

  63.     }
    

  64.     if(MDKEY==0)//BUTTON_LB
    

  65.     {
    

  66.         TXData[BUTTON_PACKET_2] |= LB_MASK_ON;
    

  67.     } else {
    

  68.         TXData[BUTTON_PACKET_2] &= LB_MASK_OFF;
    

  69.     }
    

  70.     if(STKEY==0)//BUTTON_START
    

  71.     {
    

  72.         TXData[BUTTON_PACKET_1] |= START_MASK_ON;
    

  73.     } else {
    

  74.         TXData[BUTTON_PACKET_1] &= START_MASK_OFF;
    

  75.     }        
    

  76.     if(TBKEY==0)//BUTTON_RB
    

  77.     {
    

  78.         TXData[BUTTON_PACKET_2] |= RB_MASK_ON;
    

  79.     } else {
    

  80.         TXData[BUTTON_PACKET_2] &= RB_MASK_OFF;
    

  81.     }        
    

  82.     if(SW1!=0)
    

  83.     {
    

  84.         TXData[BUTTON_PACKET_2] |= **_MASK_ON;
    

  85.     } else {
    

  86.         TXData[BUTTON_PACKET_2] &= **_MASK_OFF;
    

  87.     }
    

  88.         TXData[LEFT_STICK_X_PACKET_LSB] = LOBYTE(Y);                // (CONFERIR)
    

  89.         TXData[LEFT_STICK_X_PACKET_MSB] = HIBYTE(Y);
    

  90.         //Left Stick Y Axis
    

  91.         TXData[LEFT_STICK_Y_PACKET_LSB] = LOBYTE(X);
    

  92.         TXData[LEFT_STICK_Y_PACKET_MSB] = HIBYTE(X);
    

  93.         //Clear DPAD
    

  94.         TXData[BUTTON_PACKET_1] &= DPAD_MASK_OFF;
    

  95.         USBD_CUSTOM_HID_SendReport(&hUsbDeviceFS,(u8*)&TXData, 20);
    


  96. 

  97. }

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：

















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21ic小管家 打赏了 30.00 元 2023-01-09
理由：签约作者奖励

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呐咯密密 发表于 2022-12-27 22:32 | 显示全部楼层
实现效果可以啊
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Bowclad 发表于 2023-1-1 17:15 | 显示全部楼层
厉害啊，搞的不错
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zerorobert 发表于 2023-1-5 12:22 | 显示全部楼层
这个移植一个shell就行。
              
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benjaminka 发表于 2023-1-6 15:27 | 显示全部楼层
xinput是什么功能？              
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uytyu 发表于 2023-1-9 15:43 | 显示全部楼层
这个有什么作用？              
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星辰大海不退缩 发表于 2023-1-9 16:08 来自手机 | 显示全部楼层
很有参考意义，细节也有提醒
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hilahope 发表于 2023-1-11 22:07 | 显示全部楼层
如果usbhid不打开，数据通信就会错误的。
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pmp 发表于 2023-1-16 15:53 | 显示全部楼层
这个学习一下了。              
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nomomy 发表于 2023-1-19 17:09 | 显示全部楼层
little shell 了解一下。
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