Windows 数字化器类输入设备--笔设备分析（1）（原创）

一、前言：

参考microsoft公司的链接：https://developer.microsoft.com/zh-cn/windows/hardware

将对Windows数字化器类输入设备--笔设备进行分析

触摸界面在各类设备上随处可见，从移动电话、平板电脑、网亭到 30 英寸的水平/垂直显示器。

通过对microsoft提供的适用于各种 Windows 触摸技术的实现和验证指南学习，进一步了解，便于研发。

二、笔实现指南

2.1Windows 笔设计

与用户交互的物理笔设备可能具有多种工业设计。但是，所有兼容集成的 Windows 10 笔设备具有压力敏感笔尖和擦除提示。

擦除提示可以作为笔上的物理按钮或末端擦除按钮实现（类似于传统的铅笔）。

下图说明了这些潜在的实现；左侧带有末端擦除按钮的笔和右侧带有擦除按钮的笔。

2.2设备总线连接

集成的 Windows 笔设备可以使用 Microsoft 提供的内置驱动程序来使用 HID over USB 或 HID over I²C 连接到其 Windows 主机。

你还可以使用想要的任何其他总线，只要你为笔设备提供的所需第三方 HID 微型端口驱动程序兼容 Windows。

下图显示了适用于 Windows 笔设备的 Windows 10 驱动程序堆栈。

其中重点关注HID over USB 技术；

基本方案是：

数位板硬件上采用的是电磁式感应原理，在光标定位及移动过程中，完全是通过电磁感应来完成的。

数位板的板子内，有一块电路板，俗称天线板，上面有横竖均衡排列的铜线条，将数位板切割成一定数量的正方形，板面上方产生均衡的纵横交错的磁场，笔尖在数位板上移动的时候，切割磁场，从而产生电信号，通过多点定位，数位板芯片就可以精确的确定数位板笔尖的位置。

因此数位板光标移动过程中笔不需要接触数位板就可以移动，感应高度一般为15毫米。有源无线的数位板原理和无源无线的有一定区别，有电池的笔本身可以释放出一定的磁场，而无电池的笔则通过将数位板产生的磁场反射来完成。压感产生于笔中的压力电阻，压感通过磁场信号反馈到数位板上。

参考技术链接：https://baike.baidu.com/item/%E6%95%B0%E4%BD%8D%E6%9D%BF/980649?fr=aladdin

2.3电源管理

电源消耗

各种集成 Windows 笔电源模式的电源消耗要求由 OEM 或系统组装商制定。但是，Windows 提供的设备可帮助平衡电源效率和响应延迟。

I²C 设备（非重点关注）

通过 I²C 连接的集成 Windows 笔设备可以实现对最多四种不同电源状态的支持：

活动
空闲
睡眠或准备唤醒（两者皆可选）
关闭

下图显示了四种电源状态以及造成状态转换的设备活动。

活动状态

Active 状态定义为笔处于屏幕表面的范围内的设备操作模式，或最近 30 秒有活动的操作模式。当电源应用到笔设备，然后设备启动完成之后，该设备应准备就绪并处于 Active 电源状态。

空闲状态

Idle 状态定义为最近 30 秒内未发生任何活动的设备操作模式。

在此模式下设备会选择降低其扫描率以降低电源消耗，同时仍遵守此模式的按下延迟要求。设备检测到活动后，它应转换回 Active 状态。

睡眠（准备唤醒）状态

Sleep 状态定义为主机向设备发送 HID I²C“SET_POWER SLEEP”命令后设备所进入的操作模式。

在此模式下，设备可以选择显著降低其扫描率以降低电源消耗，同时仍能够断言中断以唤醒系统，从而响应合格活动。集成 Windows 笔设备应确保中断不针对虚假触点断言，因为此类触点将导致意外系统唤醒。此模式不存在按下延迟要求。

该设备在接收到来自主机的 HID I²C “SET_POWER ON”命令后应转换为 Active 状态。

关闭状态

Off 状态定义为设备完全关闭其电源的操作模式。当设备接通电源，然后完成设备启动之后，该设备应准备就绪并处于活动电源状态。设备启动应在计算机屏幕初始化并启用前完成。

在 Off 状态下，设备不应消耗任何电源。

USB 设备

通过 USB 连接到主机的集成 Windows 笔设备可以实现对最多四种不同电源状态的支持：

活动
空闲
睡眠或准备唤醒（两者皆可选）
关闭

下图显示了四种电源状态以及造成状态转换的设备活动。

活动状态

活动状态定义为主机未暂停设备的设备操作模式。当电源应用到笔设备，然后设备启动完成之后，该设备应准备就绪并处于活动电源状态。

设备应遵守此模式的触点按下延迟和触点移动延迟要求。

空闲状态

空闲状态定义为以下情况下的设备操作模式：在主机定义的时间段内未发生接触或按钮活动，而设备因此暂停时。这称为“USB 选择性暂停”。

通过 USB 连接到其主机的所有集成 Windows 笔设备都应该支持选择性暂停。此类设备应通过 Microsoft 操作系统描述符报告此功能。

在此模式下，笔设备会选择降低其扫描率以减少电源消耗，同时仍遵守此模式的按下延迟要求。

设备检测到合格活动后，它应发出远程唤醒信号。从检测到活动开始，设备应当缓冲至少相当于 100 毫秒的接触报告，以确保在 USB 主控制器恢复时丢失极小甚至不丢失输入。

睡眠（准备唤醒）状态

睡眠状态定义为主机已转换为 S3 或连接待机的设备操作模式。此状态通过延迟模式功能报告向笔设备指示，值为“1”表示允许的最大延迟。设备在检测到活动时应退出此高延迟模式，并响应“主机恢复”。

在此模式下，设备可以选择显著降低其扫描率以减少电源消耗，同时仍能发出远程唤醒信号（响应合格活动）来唤醒系统。集成 Windows 笔应确保远程唤醒不会因为响应虚假触点而发出信号，因为这将导致意外系统唤醒。此模式不存在触点按下延迟要求。

关闭状态

关闭状态定义为该设备完全关闭其电源的设备操作模式。当设备接通电源，然后完成设备启动之后，该设备应准备就绪并处于活动电源状态。设备启动应在初始化并启用计算机屏幕前完成。

在关闭状态下，笔设备不应消耗任何电源。

2.4笔协议实现

有关 HID 协议的信息，请参阅以下资源：

根据 Windows 10 HLK 要求，如果你希望笔设备通过备用总线进行连接，则可能需要第三方 HID 微型端口驱动程序，并且受到支持。你只需在集成 Windows 笔设备固件中报告本主题描述的使用方法。

Windows 将使用固件及其 HID 驱动程序启用设备的笔和墨迹功能，并且还会向 Windows 应用程序提供访问该设备的权限。

示例报告描述符主题将提供示例描述符。

2.4.1所需的 HID 描述符

2.4.2所需的 HID 顶级集合

2.4.3Windows 笔状态

2.4.4示例报告描述符

三、笔验证指南