فئة أجهزة واجهة المستخدم USB

الموسوعة الحرة

في مجال الحوسبة ، تعد فئة جهاز واجهة المستخدم البشرية USB ( فئة USB HID ) جزءًا من مواصفات USB للأجهزة الطرفية للكمبيوتر : فهي تحدد فئة جهاز (نوع من أجهزة الكمبيوتر ) لأجهزة واجهة المستخدم البشرية مثل لوحات المفاتيح والفأرات وشاشات اللمس ولوحات اللمس وأجهزة التحكم في الألعاب وأجهزة العرض الأبجدية الرقمية .

تم تعريف فئة USB HID في عدد من الوثائق التي قدمها فريق عمل الأجهزة التابع لمنتدى مطوري USB . الوثيقة الأساسية المستخدمة لوصف فئة USB HID هي تعريف فئة الجهاز لـ HID 1.11. [ 1 ]

الأجهزة

يصف تصنيف USB HID الأجهزة المستخدمة مع جميع أجهزة الكمبيوتر الحديثة تقريبًا. ويحتوي هذا التصنيف على العديد من الوظائف المُعرّفة مسبقًا، والتي تُمكّن مُصنّعي الأجهزة من تصميم منتجاتهم وفقًا لمواصفات تصنيف USB HID، مع ضمان توافقها مع أي برنامج يُلبي هذه المواصفات أيضًا.

يُستخدم بروتوكول HID نفسه دون تعديل في أجهزة واجهة المستخدم التي تعمل بتقنية البلوتوث . [ 2 ] تشير مواصفات ملف تعريف البلوتوث فقط إلى وثائق USB HID. وبهذا المعنى، تنتمي هذه الأجهزة أيضًا إلى فئة USB HID.

لوحات المفاتيح

تُعدّ لوحات المفاتيح نوعًا شائعًا من أجهزة USB HID. عادةً ما تُصمّم لوحة مفاتيح USB HID بمنفذ إدخال (IN) لنقل ضغطات المفاتيح إلى الحاسوب، ومنفذ إخراج (OUT) لنقل حالة مؤشرات LED الخاصة بلوحة المفاتيح من الحاسوب إلى لوحة المفاتيح. يشترط معيار PC 97 أن يتعرّف نظام BIOS الخاص بالحاسوب على لوحات مفاتيح USB HID المصممة للاستخدام أثناء عملية بدء التشغيل، وأن يعمل معها.

تُطبّق بعض لوحات المفاتيح ملف تعريف لوحة مفاتيح التمهيد عبر منفذ USB المُحدد في تعريف فئة جهاز USB لأجهزة واجهة المستخدم (HID) الإصدار 1.11، وهي مُهيأة صراحةً لاستخدام بروتوكول التمهيد. يقتصر هذا على خاصية الضغط المتزامن على 6 مفاتيح (6KRO)، وسيُقاطع المعالج المركزي في كل مرة يتم فيها استطلاع حالة لوحة المفاتيح (حتى في حال عدم وجود تغيير في الحالة)، ما لم تتم برمجة وحدة تحكم USB لإبلاغ لوحة المفاتيح برفض الاستجابة، والتي تتجاهلها وحدة تحكم USB في الجهاز دون مقاطعة المعالج المركزي، عند عدم وجود تغييرات في الحالة للإبلاغ عنها. يهدف هذا الملف التعريفي إلى تمكين نظام الإدخال والإخراج الأساسي (BIOS) من التعامل مع لوحة مفاتيح USB في حال عدم وجود نظام تشغيل يدعم USB. يُحدد الملف التعريفي الموصى به للوحات المفاتيح غير العاملة في وضع التمهيد، وفقًا لهذه المواصفة، معدل قراءة المفاتيح (6KRO)، ويُلزمها بالاستجابة للمقاطعات بتقرير حالة كل نصف ثانية على الأقل (حتى في حال عدم وجود تغيير في الحالة) لتطبيق تقنية الكتابة التلقائية (تكرار رمز المسح عند الضغط على المفتاح لفترة كافية)، ما لم تتم برمجة وحدة تحكم USB لتوجيه لوحة المفاتيح بالرد بتأكيدات سلبية عند عدم وجود تغييرات في الحالة. مع ذلك، يُمكن للوحات المفاتيح العاملة في وضع غير التمهيد تطبيق ملف تعريف HID بديل. [ 1 ]

يتناقض السلوك المذكور أعلاه مع واجهة PS/2 ، التي تدعم خاصية الضغط المتكرر على عدة مفاتيح (NKRO) للوحات المفاتيح القادرة على دعمها.

فأرة

تُعدّ فأرة الحاسوب من الأجهزة الشائعة الأخرى من فئة USB HID. وتتراوح فئران USB HID بين الأجهزة البسيطة ذات الزر الواحد والأجهزة المركبة متعددة الأزرار. وتأتي معظم أنظمة التشغيل الحديثة مزودة ببرامج تشغيل لتصاميم فئران HID القياسية (يحتوي تصميم الفأرة الحديث الأكثر شيوعًا على زرين مخصصين وعجلة تمرير تُستخدم أيضًا كزر ثالث)؛ أما الفئران ذات الوظائف الإضافية فتتطلب برامج تشغيل مخصصة من الشركة المصنعة.

تتميز فئران USB بزمن استجابة أقل من فئران PS/2، لأن فئران USB القياسية تُستقصى عادةً بمعدل افتراضي يبلغ 125  هرتز، بينما تُرسل فئران PS/2 القياسية مقاطعات بمعدل افتراضي يبلغ 100  هرتز عند وجود بيانات لإرسالها إلى الحاسوب. [ 3 ] [ 4 ] كما أن فئران USB لا تتسبب في مقاطعة وحدة تحكم USB للنظام عندما لا يكون لديها أي تغيير في الحالة للإبلاغ عنه، وذلك وفقًا للملف التعريفي الافتراضي لأجهزة الفأرة في مواصفات USB HID. [ 1 ] يسمح كل من PS/2 وUSB بتجاوز معدل أخذ العينات، حيث يدعم PS/2 معدل أخذ عينات يصل إلى 200  هرتز [ 5 ] ، ويدعم USB معدل استقصاء يصل إلى 1  كيلوهرتز [ 3 ] عند تشغيل فأرة USB بكامل سرعتها، أو يصل إلى 8 كيلوهرتز عند تشغيلها بسرعة عالية. [ 6 ]

أجهزة التحكم بالألعاب

تُعدّ أجهزة التحكم وعصي التحكم الحديثة للألعاب من فئة USB HID. وعلى عكس أجهزة منافذ الألعاب القديمة ، لا تتطلب أجهزة الألعاب من فئة USB HID عادةً برامج تشغيل خاصة للعمل. تعمل جميع أجهزة الألعاب تقريبًا باستخدام برامج التشغيل المدمجة طالما صُمم الجهاز وفقًا لبرامج التشغيل ومواصفات فئة USB HID.

أجهزة أخرى

تتيح مواصفات فئة USB HID إمكانية تصنيف العديد من الأجهزة الأخرى ضمن هذه الفئة. ومن الأمثلة على ذلك وحدات التحكم في محاكاة السيارات، وأجهزة التمارين الرياضية، وأجهزة الهاتف ، ومقاييس الحرارة، وأجهزة التحكم في الصوت، والأجهزة الطبية. حتى وحدات تزويد الطاقة غير المنقطعة ووحدات حماية البرامج [ 7 ] تُصنّف ضمن هذه الفئة، على الرغم من أنها غالبًا لا تحتوي على واجهة مستخدم. يمكن لأي جهاز أن يكون جهازًا من فئة USB HID طالما استوفى المصمم المواصفات المنطقية لهذه الفئة. هذا لا يعني عدم الحاجة إلى توفير برامج تشغيل لهذه الأجهزة، ولا يعني أن نظام التشغيل سيتعرف عليها تلقائيًا. إنما يعني فقط أن الجهاز يمكنه تصنيف نفسه ضمن فئة أجهزة واجهة المستخدم.

الثغرات الأمنية

تُعدّ واجهة USB عرضةً لثغرات أمنية مثل BadUSB ، التي تستغلّ قدرة USB على توصيل أنواعٍ عديدة من الأجهزة، وعدم قدرتها على التحقق من هوية الأجهزة، وإمكانية تغيير أجهزة USB لنوعها أو الإعلان عن أجهزة فرعية إضافية أثناء توصيلها، وسلوكها الافتراضي بقبول أي جهاز يتصل بها. وكإجراءٍ وقائي جزئي، يمكن استخدام ملحقات PS/2 مع تعطيل جميع منافذ USB. [ 8 ]

السائقين

من مزايا المواصفات الواضحة كفئة USB HID وفرة برامج تشغيل الأجهزة المتوفرة في معظم أنظمة التشغيل الحديثة. تُعرَّف أجهزة فئة USB HID ووظائفها الأساسية في وثائق USB-IF دون تحديد أي برنامج معين. وبفضل هذه الأوصاف العامة، يسهل على مصممي أنظمة التشغيل تضمين برامج تشغيل فعالة لأجهزة مثل لوحات المفاتيح والفأرات وغيرها من أجهزة واجهة المستخدم العامة. يتيح تضمين هذه البرامج العامة نشر الأجهزة بشكل أسرع وتثبيتها بسهولة أكبر من قِبل المستخدمين النهائيين. كان نظام التشغيل Windows 98 أول إصدار من Windows يدعم USB HID. [ 9 ]

المواصفات المنطقية

الخصائص الوظيفية

يمكن استخدام فئة جهاز واجهة المستخدم USB لوصف كلٍ من فئات الجهاز والواجهة. تُستخدم فئة الواجهة عندما يحتوي جهاز USB على أكثر من وظيفة. وبالتالي، من الممكن وجود أجهزة USB بواجهتين مختلفتين في الوقت نفسه (على سبيل المثال، قد يستخدم هاتف USB لوحة مفاتيح من فئة HID ومكبر صوت من فئة جهاز اتصالات USB ).

تُعرَّف أجهزة الواجهة أيضًا باستخدام مُعرِّفات الفئات الفرعية. يُستخدم مُعرِّف الفئة الفرعية لإعلان الجهاز قابلاً للإقلاع. يفي جهاز الإقلاع بالحد الأدنى من متطلبات البروتوكول الأساسي ، وسيتعرف عليه نظام الإدخال والإخراج الأساسي (BIOS) للحاسوب .

تتصل كل واجهة USB HID بالجهاز المضيف باستخدام قناة تحكم أو قناة مقاطعة . لا تُستخدم قنوات التحكم المتزامنة أو المجمعة في أجهزة فئة HID. يتطلب تعداد الأجهزة نقل بيانات التحكم (IN وOUT)؛ بينما يتطلب إعداد تقارير HID نقل بيانات مقاطعة (IN) فقط. أما نقل بيانات المقاطعة (OUT) فهو اختياري في أجهزة فئة HID.

التقارير

تتطلب فئة USB HID أن يصف كل جهاز كيفية تواصله مع الجهاز المضيف، وذلك للتنبؤ بدقة بجميع أجهزة واجهة المستخدم الحالية والمستقبلية وتحديدها. أثناء عملية التعداد، يصف الجهاز كيفية هيكلة تقاريره لكي يتمكن الجهاز المضيف من الاستعداد بشكل صحيح لاستقبال هذه المعلومات.

يقوم المضيف باستطلاع نقطة نهاية المقاطعة IN للجهاز بشكل دوري أثناء التشغيل. عندما يكون لدى الجهاز بيانات لإرسالها، يُنشئ تقريرًا ويرسله كرد على رمز الاستطلاع. تُرسل الأجهزة الشائعة، مثل لوحات المفاتيح والفأرات، تقارير متوافقة مع المعايير التي وضعها منتدى مُنفذي USB (USB-IF). [ 10 ] عندما يُصنّع أحد الموردين جهازًا مخصصًا من فئة USB HID، يجب أن تتطابق التقارير التي يُنشئها الجهاز مع وصف التقرير المُقدّم أثناء عملية التعداد ومع برنامج التشغيل المُثبّت على نظام المضيف. وبهذه الطريقة، تُصبح فئة USB HID مرنة للغاية.

واجهة برمجة تطبيقات USB HID

يوجد مستويان من واجهات برمجة التطبيقات (APIs) المتعلقة بتقنية USB HID: مستوى USB ومستوى نظام التشغيل . على مستوى USB، يوجد بروتوكول يسمح للأجهزة بالإعلان عن إمكانياتها، بينما يقوم نظام التشغيل بتحليل البيانات التي يتلقاها. يوفر نظام التشغيل بعد ذلك رؤية شاملة للتطبيقات، التي لا تحتاج إلى دعم الأجهزة الفردية، بل فئات الأجهزة. تتيح طبقة التجريد هذه للعبة العمل مع أي وحدة تحكم USB، حتى تلك التي تم إنشاؤها بعد اللعبة.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 "تعريف فئة الجهاز لـ HID 1.11" (PDF) .
  2. ↑ "HID Spec v1_0.zip" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22-01-2013 .
  3. 1 2 "دليل تحسين أداء الماوس: إصلاح التسارع ومعدل الاستجابة" . eu.cybergamer.com. 2007-04-09. مؤرشف من الأصل في 2014-07-09 . تم الاطلاع عليه في 2014-07-09 .
  4. ↑ "LCOM 2012/2013: Lab5" . web.fe.up.pt . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2014-07-09 .
  5. ↑ آدم تشابويسكي. "واجهة فأرة PS/2" . computer-engineering.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 يوليو 2014 .
  6. ↑ "الوثائق التقنية" . docs.nordicsemi.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2025-11-02 .
  7. ↑ "جهاز USB Dongle لا يحتاج إلى تعريف، وهو جهاز HID، من شركة SecuTech Solution Inc" . News.thomasnet.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 يناير 2014 .
  8. ↑ أنتوني، سيباستيان (31 يوليو 2014). "ثغرة أمنية ضخمة وغير قابلة للكشف في منفذ USB: حان الوقت لإخراج لوحة مفاتيح PS/2 من الخزانة" . إكستريم تك . تم الاطلاع عليه بتاريخ 26 أكتوبر 2015 .
  9. ↑ أكسلسون، جان. "برامج تشغيل USB المضمنة مع نظام التشغيل Windows" . ليكفيو ريسيرش . تم الاسترجاع في 6 يوليو 2026 .
  10. ↑ "وثائق مايكروسوفت المتعلقة بتقنية HID" . USB.org. مؤرشف من الأصل بتاريخ 19 أغسطس 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 يناير 2013 .