基于描述符信息的hid设备视听系统设计

基于描述符信息的hid设备视听系统设计

现代军事设备的现代化程度不断加深，武器的多样化也在不断拓展。目前军用装备的现场测试大多采用便携式仪器协同测试的方式,USB潜入式监听存储仪的需求成为一种必然。而HID人机接口设备类别是Windows最早支持的USB类别。HID设备是计算机直接与人交互的设备,例如键盘、鼠标和触摸屏等,也是无侵入式监听中常用的USB接口设备。USB潜入式监听存储仪的工作原理是与其他HID并行连接到主机USB接口上,通过截获USB端口主机与HID设备的通信数据,依照设备反馈给主机的设备信息,获得HID设备监听所需的基本信息,进而掌握信息传递数据包的格式。最终完成协议的解析。要想分析用户USB通讯协议,首先要获取用户USB总线上的数据流,得到设备描述符信息,获得HID设备ID、端点情况以及数据包的格式,然后利用数据包的组成格式,过滤数据流,从中获得USB总线上的指令数据包,实现无侵入式USB信息获取,即不破坏已有的USB数据通路正常通信,从USB协议物理层获取USB信息,实现对USB数据的采集,并且不占用系统资源。1usb监听存储系统的组成硬件设计部分主要负责HID设备端口数据流的截获,同时为数据解析及存储提供硬件设备支持。系统由USB信号采集电路、FPGA器件、FLASH存储器和USB协议芯片四部分组成,如图1所示。USB监听存储系统整体设计框图如图2所示,USB总线与USB收发器相连,USB收发器接收USB总线上的数据信号,转换成DP,DM和RCV,并传输给FPGA,FPGA对这二个信号进行时钟产生与同步、事件检测、协议数据翻译等处理,把数据位流转换成数据包,然后对这些数据包与时钟进行数据融合与存储。USB协议芯片对分析FPGA的请求做出响应,把FLASH中的数据包取出,发给分析主机。分析软件管理接收到的信号,把接收到的USB数据包进行错误检测、过滤、分析和显示。2实验2:数据包包解析解析数据的核心是掌握USB的通信原理,其通信的基本单元是“包”,一个包又被分成很多个域,针对不同厂商的HID设备不同,传输数据的包也不同,所包含的域也不同。唯一相同的是数据传输的格式,都是以同步域开始,紧跟着一个包标识符PID(PacketIdentifier),最终以包结束符EOP(EndOfPacket)结束。“包”又分为令牌包、数据包、握手包和一些特殊包。而数据解析就是要解析数据包。数据解析过程分为两个部分,一是分析出设备的基本信息,主要包括:设备型号,数据包尺寸,数据包格式,数据编码方式;二是参考设备的基本信息,找出数据中有效的动作协议,与数据操作动作进行配对、校准,最终实现协议与操作动作一一对应,完成HID设备的监听过程。HID设备监听主要从USB接口的鼠标、键盘和触摸屏三个方面入手。实验的基本流程如图3所示。主要流程为:首先,将USB潜入式监听存储仪连接到待监视设备上,这样保证了数据监听硬件环境的搭建;其次进行实时数据的采集;再次是校验采集得到数据是否为传输过程中真实的数据,同时校验传输的数据是否为合理的操作数据,通过数据校验就可以剔除所有的错误信息和非法HID操作命令;然后进行设备状态分析,若数据位连接时发出的命令,即按照连接命令分析数据信息。同理分析其他的命令数据信息;之后对确定状态的命令解析,通过数据分析,获得了解析协议的相关信息;最后通过协议的基本信息,解析协议,实现协议与命令的一一对应关系。2.1usb执行常用类型USB鼠标与键盘是最常用的HID设备。鼠标的分类方法很多,通常按照键数、接口形式、内部构造进行分类。而按键数分类的鼠标又可以分为传统双键鼠、三键鼠和新型的多键鼠标,使得数据包的长度受按键个数影响变得长度各不相同。USB键盘的种类也很多,一般可分为触点式和无触点式两大类。按键数有83键、87键、93键、96键、101键、102键、104键、107键等,不同类型的键盘数据包可容纳同时按下多个按键响应的个数不同。解析不同类型的USB鼠标、USB键盘数据包格协议,主要看的是数据包长度。根据不同厂商的鼠标按键个数不同,数据包的有效数据位数分也不相同。鼠标常用操作有左键按下,右键按下以及鼠标位移操作,故鼠标操作数据包有效位数至少为4位。不同鼠标连接到主机设备时,通过设备信息描述包可以获得鼠标的通信包包格式,进而获得鼠标操作的协议指令数据。同理,USB键盘有效数据包的长度是限制可以同时响应多少按键一起按下的因素,通常USB键盘最多可以同时判断出5个按键一起按下,而这5个按键不包括辅助功能键。按键按下过多或者按键出现异常,数据包会有异常的判断标志字节,可以提高了键盘按键的可靠性。2.2由识别点分布的未知量进行的废水处理实验一触摸屏系统一般包括:触摸屏控制器和触摸检测装置。触摸屏控制器的主要作用是从触摸点检测装置上接收触摸信息,并将它转换成触点坐标,再送给CPU。它同时能接收CPU发来的命令并加以执行。触摸检测装置一般安装在显示器的前端,主要作用是检测用户的触摸位置,再将该处的信息传送给触摸屏控制器。在实际的应用中,通常触摸屏是作为与显示屏配合使用的输入设备,需要从触摸屏采样得到的坐标与屏幕的显示坐标做一个映射。本次实验中,触摸屏采用的是三点校准的方法,与两点校准相比,三点校准的模型考虑到变相和旋转,更接近实际情况。应用中首先选取3个相距较远且不在一条线上的3个作为校准输入的独立采样点,它们相应的触摸屏采样坐标是P0(x0,y0)、P1(x1,y1)、P2(x2,y2),显示坐标是PD0(xD0,yD0)、PD1(xD1,yD1)、PD2(xD2,yD2)。直角坐标平面的两个点P和PD,定义P为触摸屏空间的坐标点,PD为显示屏空间的坐标点,P可以经过旋转、比例和平移得到PD坐标。PD和P点之间存在线性关系满足:对于同一个设备,其中的A、B、C、D、E、F为常数,称为校准常数,故只需在触摸屏校准时,解出这6个常数,就可以实现触摸屏空间到显示空间的转换。此处要求三个点尽量分散,最好为左上角、中间、右下角三点。得:上述联立方程组的未知量已求解出,此处不再推导。这里直接跳过中间步骤得出最后结论,将K作为各方程式的公分母,便可得出未知量K、A、B、C、D、E、F。基于此,通过三个校准点便可确定触摸屏与液晶屏的对应关系,进行校准。3实验数据分析实验利用并联USB数据线连接到被监测设备中获得HID设备通信数据流,进行软件分析,最终获得协议命令。(1)盘问1:获得有效操作命令数据对于具有4位有效位的数据包的鼠标,解析操作命令有效数据为0x0203feff,通过大量样本学习获得解析协议,0x02代表右键按下,0x03代表鼠标右移0x03个单位,0xfe代表鼠标上移两个单位,0xff代表鼠标滑轮下滑。键盘Q键按下后,信号通过USB端口传输,解析数据包获得有效操作命令数据0x0000140000000000,通过大量样本学习获得键盘数据协议解析表如表1所示。从键盘数据协议表得出,键盘为单键按下,按下的按键为Q按键。在功能键组合按下时,相应的键值累加即为功能键最终值。例如:左Ctrl和左Shift组合按下时,功能键值为0x01与0x02组合为0x03。b.空闲;c.第3个字节到第8个字节(由左到右)存储普通按键按下的键值。(1)当只有一个按键按下时,此按键值保存在按键1中;(2)当一个按键按下后,未抬起时按下另一个按键,此时后一个按键键值存储在按键2中;(3)当两个按键按下后,未抬起时按下另一个按键,此时第三个按键键值存储在按键3中,由此类推,普通按键最多可以6个按键组合一起按下,并有效读取出来。(4)当所有按键都被抬起时,整个数据区显示为0000000000000000;(5)当按键按下发生异常时(无法获得有效数据),按键1~6值皆为0x01。(2)控制屏的操作通过对触摸屏数据包的截获,得到数据包形式如0x02007eb324,对触摸屏协议进行分析:0x02代表按下触摸屏操作,0x7eb324代表对应屏幕绝对坐标(999,587)。截取一段触摸屏操作数据,进行分析,获取各点坐标,分析结果如图4所示(注:以上分析结果未经校准)。4usb