建構裝置，充分發揮 WebUSB API 的優勢。
本文將說明如何建構裝置，充分發揮 WebUSB API 的優勢。如要簡要瞭解 API 本身，請參閱「在網路上存取 USB 裝置」。
背景
通用序列匯流排 (USB) 已成為將週邊裝置連接至電腦和行動運算裝置最常見的實體介面。除了定義匯流排的電力特性和與裝置通訊的一般模型外，USB 規格還包括一組裝置類別規格。這些是裝置製造商可實作的一般裝置類別模型，例如儲存空間、音訊、視訊、網路等。這些裝置類別規格的優點是，作業系統供應商可以根據類別規格 (「類別驅動程式」) 實作單一驅動程式，系統就會支援任何實作該類別的裝置。這項功能大幅改善了製造商必須自行編寫裝置驅動程式的情況。
不過，有些裝置不屬於這些標準化裝置類別。製造商可以選擇將裝置標示為實作供應商專屬類別。在這種情況下，作業系統會根據供應商的驅動程式套件提供的資訊，選擇要載入哪個裝置驅動程式，通常是已知可實作特定供應商專屬通訊協定的供應商和產品 ID 組合。
USB 的另一個功能是，裝置可以為連線的電腦提供多個介面。每個介面都可以實作標準化類別，或為特定供應商專用。當作業系統選擇正確的驅動程式來處理裝置時，每個介面都可以由不同的驅動程式聲明。舉例來說，USB 網路攝影機通常會提供兩個介面，一個是實作 USB 視訊類別 (相機)，另一個是實作 USB 音訊類別 (麥克風)。作業系統不會載入單一「網路攝影機驅動程式」，而是載入獨立的影片和音訊類別驅動程式，而這些驅動程式會負責裝置的不同功能。這種介面類別組合可提供更大的彈性。
API 基本資訊
許多標準 USB 類別都有對應的 Web API。舉例來說，網頁可以使用 getUserMedia() 從影片類別裝置擷取影片，也可以透過監聽 KeyboardEvents 或 PointerEvents，或使用 Gamepad 或 WebHID API，從人機介面 (HID) 類別裝置接收輸入事件。就像並非所有裝置都實作標準化類別定義一樣，並非所有裝置都實作與現有網路平台 API 相對應的功能。在這種情況下，WebUSB API 可透過提供網站聲明供應商專屬介面的方式，並直接在網頁中實作支援功能，來填補這項缺口。
由於作業系統管理 USB 裝置的方式不同，因此透過 WebUSB 存取裝置的具體要求會因平台而異，但基本要求是裝置不應已具有聲明頁面要控管的介面的驅動程式。這可能是作業系統供應商提供的通用類別驅動程式，或是供應商提供的裝置驅動程式。由於 USB 裝置可提供多個介面，每個介面可能都有自己的驅動程式，因此您可以建構裝置，讓某些介面由驅動程式宣告，其他則可供瀏覽器存取。
舉例來說，高階 USB 鍵盤可能會提供 HID 類別介面，供作業系統的輸入子系統使用，以及供應商專屬介面，供 WebUSB 使用，以便設定工具使用。這項工具可在製造商的網站上提供，讓使用者不必安裝任何特定平台的軟體，即可變更裝置行為的各個層面，例如巨集鍵和燈光效果。這類裝置的設定描述元會如下所示：
| 值 | 欄位 | 說明 |
|---|---|---|
| 設定描述元 | ||
0x09 |
bLength | 此描述元的大小 |
0x02 |
bDescriptorType | 設定描述元 |
0x0039 |
wTotalLength | 此系列描述符的總長度 |
0x02 |
bNumInterfaces | 介面數量 |
0x01 |
bConfigurationValue | Configuration 1 |
0x00 |
iConfiguration | 設定名稱 (無) |
0b1010000 |
bmAttributes | 具備遠端喚醒功能的自供電裝置 |
0x32 |
bMaxPower | 最大功率以 2 mA 為單位遞增 |
| 介面描述元 | ||
0x09 |
bLength | 此描述元的大小 |
0x04 |
bDescriptorType | 介面描述元 |
0x00 |
bInterfaceNumber | 介面 0 |
0x00 |
bAlternateSetting | 替代設定 0 (預設) |
0x01 |
bNumEndpoints | 1 個端點 |
0x03 |
bInterfaceClass | HID 介面類別 |
0x01 |
bInterfaceSubClass | 啟動介面子類別 |
0x01 |
bInterfaceProtocol | 鍵盤 |
0x00 |
iInterface | 介面名稱 (無) |
| HID 描述元 | ||
0x09 |
bLength | 此描述元的大小 |
0x21 |
bDescriptorType | HID 描述元 |
0x0101 |
bcdHID | HID 1.1 版 |
0x00 |
bCountryCode | 硬體指定國家/地區 |
0x01 |
bNumDescriptors | 要追蹤的 HID 類別描述元件數量 |
0x22 |
bDescriptorType | 報表描述元類型 |
0x003F |
wDescriptorLength | 報表描述元的總長度 |
| 端點描述元 | ||
0x07 |
bLength | 此描述元的大小 |
0x05 |
bDescriptorType | 端點描述元 |
0b10000001 |
bEndpointAddress | 端點 1 (IN) |
0b00000011 |
bmAttributes | 中斷 |
0x0008 |
wMaxPacketSize | 8 位元組封包 |
0x0A |
bInterval | 間隔 10 毫秒 |
| 介面描述元 | ||
0x09 |
bLength | 此描述元的大小 |
0x04 |
bDescriptorType | 介面描述元 |
0x01 |
bInterfaceNumber | 介面 1 |
0x00 |
bAlternateSetting | 替代設定 0 (預設) |
0x02 |
bNumEndpoints | 2 個端點 |
0xFF |
bInterfaceClass | 供應商專屬介面類別 |
0x00 |
bInterfaceSubClass | |
0x00 |
bInterfaceProtocol | |
0x00 |
iInterface | 介面名稱 (無) |
| 端點描述元 | ||
0x07 |
bLength | 此描述元的大小 |
0x05 |
bDescriptorType | 端點描述元 |
0b10000010 |
bEndpointAddress | 端點 1 (IN) |
0b00000010 |
bmAttributes | 大量 |
0x0040 |
wMaxPacketSize | 64 位元組封包 |
0x00 |
bInterval | 不適用於大量端點 |
| 端點描述元 | ||
0x07 |
bLength | 此描述元的大小 |
0x05 |
bDescriptorType | 端點描述元 |
0b00000011 |
bEndpointAddress | 端點 3 (OUT) |
0b00000010 |
bmAttributes | 大量 |
0x0040 |
wMaxPacketSize | 64 位元組封包 |
0x00 |
bInterval | 不適用於大量端點 |
設定描述元件由多個連接在一起的描述元件組成。每個欄位的開頭都會以 bLength 和 bDescriptorType 欄位開始，方便識別。第一個介面為 HID 介面，具備關聯的 HID 描述元與單一端點，可用來將輸入事件傳送至作業系統。第二個介面是供應商專屬介面，其中包含兩個端點，可用於向裝置傳送指令，並接收回應。
WebUSB 描述元
雖然 WebUSB 可與許多裝置搭配使用，無須修改韌體，但您可以使用特定描述符標示裝置，表示支援 WebUSB，藉此啟用其他功能。舉例來說，您可以指定到達網頁網址，讓瀏覽器在裝置插上電源時將使用者導向至該網頁。
二進位元裝置物件儲存庫 (BOS) 是 USB 3.0 中引進的概念，但也已在 2.1 版中回移至 USB 2.0 裝置。如要宣告支援 WebUSB，請先在 BOS 描述元中加入下列平台功能描述元：
| 值 | 欄位 | 說明 |
|---|---|---|
| 二進位裝置 Object Store 描述元 | ||
0x05 |
bLength | 此描述元的大小 |
0x0F |
bDescriptorType | 二進位裝置 Object Store 描述元 |
0x001D |
wTotalLength | 這一系列描述元的總長度 |
0x01 |
bNumDeviceCaps | BOS 中的裝置功能描述元數量 |
| WebUSB 平台功能描述元 | ||
0x18 |
bLength | 此描述元的大小 |
0x10 |
bDescriptorType | 裝置功能描述元 |
0x05 |
bDevCapabilityType | 平台功能描述元 |
0x00 |
bReserved | |
{0x38, 0xB6, 0x08, 0x34, 0xA9, 0x09, 0xA0, 0x47, 0x8B, 0xFD, 0xA0, 0x76, 0x88, 0x15, 0xB6, 0x65} |
PlatformCapablityUUID | WebUSB 平台功能描述元資料 GUID，採用位元組由小到大格式 |
0x0100 |
bcdVersion | WebUSB 描述元 1.0 版 |
0x01 |
bVendorCode | WebUSB 的 bRequest 值 |
0x01 |
iLandingPage | 到達網頁網址 |
平台功能 UUID 會將其識別為 WebUSB 平台功能描述項，可提供裝置的基本資訊。為了讓瀏覽器擷取更多裝置相關資訊，瀏覽器會使用 bVendorCode 值向裝置發出其他要求。目前指定的唯一要求是 GET_URL，可傳回網址描述符。這些類似字串描述項，但設計用於以最少位元組編碼網址。"https://google.com" 的網址描述元如下所示：
| 值 | 欄位 | 說明 |
|---|---|---|
| 網址描述元 | ||
0x0D |
bLength | 此描述元的大小 |
0x03 |
bDescriptorType | 網址描述元 |
0x01 |
bScheme | https:// |
"google.com" |
網址 | UTF-8 編碼網址內容 |
當裝置首次插入時，瀏覽器會透過發出這個標準 GET_DESCRIPTOR 控制轉移，讀取 BOS 描述元：
| bmRequestType | bRequest | wValue | wIndex | wLength | 資料 (回應) |
|---|---|---|---|---|---|
0b10000000 |
0x06 |
0x0F00 |
0x0000 |
* | BOS 描述元 |
這項要求通常會發出兩次，也就是第一次使用夠大的 wLength 時，讓主機找到 wTotalLength 欄位的值，而不執行大量傳輸，然後再確認完整的描述元長度不明時。
如果 WebUSB 平台功能描述元資料的 iLandingPage 欄位設為非零值，瀏覽器就會透過發出控制轉移，執行 WebUSB 專屬的 GET_URL 要求，其中 bRequest 設為平台功能描述元資料的 bVendorCode 值，而 wValue 設為 iLandingPage 值。GET_URL 的請求碼 (0x02) 會放在 wIndex 中：
| bmRequestType | bRequest | wValue | wIndex | wLength | 資料 (回應) |
|---|---|---|---|---|---|
0b11000000 |
0x01 |
0x0001 |
0x0002 |
* | 網址描述元 |
同樣地，這項要求可能會發出兩次，以便先探查要讀取的描述元長度。
平台專屬注意事項
雖然 WebUSB API 會嘗試提供一致的介面，用於存取 USB 裝置，但開發人員仍應瞭解應用程式 (例如網頁瀏覽器) 必須符合哪些要求，才能存取裝置。
macOS
您不需要為 macOS 執行任何特殊操作。使用 WebUSB 的網站可連線至裝置，並聲明任何未由核心驅動程式或其他應用程式認領的介面。
Linux
Linux 與 macOS 類似，但根據預設，大多數發行版都不會設定使用者帳戶，讓使用者有權開啟 USB 裝置。系統守護程序 udev 負責指派可存取裝置的使用者和群組。這類規則會將符合指定廠商和產品 ID 的裝置擁有權指派給 plugdev 群組，這是可存取周邊裝置的使用者常見群組：
SUBSYSTEM=="usb", ATTR{idVendor}=="XXXX", ATTR{idProduct}=="XXXX", GROUP="plugdev"
將 XXXX 替換為十六進位廠商 ID 和裝置的產品 ID，例如 ATTR{idVendor}=="18d1", ATTR{idProduct}=="4e11" 與 Nexus One 手機相符。這些值必須在沒有一般「0x」前置字串的情況下，以全部小寫字母書寫，才能正確辨識。如要找出裝置 ID，請執行指令列工具 lsusb。
這項規則應放在 /etc/udev/rules.d 目錄中的檔案，並在裝置插上後立即生效。因此不需要重新啟動 udev。
Android
Android 平台以 Linux 為基礎，但無須修改系統設定。根據預設，瀏覽器可使用任何未在作業系統中內建驅動程式的裝置。不過，開發人員應注意，使用者連線至裝置時，會遇到額外的步驟。使用者選取裝置以回應對 requestDevice() 的呼叫後，Android 會顯示提示，詢問是否允許 Chrome 存取該裝置。如果使用者返回已具備連線至裝置權限的網站，且該網站呼叫 open()，系統也會再次顯示這則提示。
此外，由於預設納入的驅動程式較少，因此 Android 將比電腦 Linux 支援更多裝置。舉例來說，值得注意的遺漏是 USB CDC-ACM 類別，經常透過 USB 對序列轉接器實作，因為 Android SDK 中沒有可用來與序列裝置通訊的 API。
ChromeOS
ChromeOS 也是以 Linux 為基礎，因此也不需要修改任何系統設定。root_broker 服務可控制 USB 裝置的存取，只要有至少一個未聲明擁有權的介面，就會允許瀏覽器存取這些裝置。
Windows
Windows 驅動程式模型會引入額外需求。與上述平台不同，即使未載入驅動程式，從使用者應用程式開啟 USB 裝置的功能也不是預設功能。相反地，您必須載入特殊的 WinUSB 驅動程式，才能提供應用程式用來存取裝置的介面。您可以透過在系統上安裝自訂驅動程式資訊檔案 (INF)，或是修改裝置韌體，在枚舉期間提供 Microsoft OS 相容性描述符來完成這項操作。
駕駛資訊檔案 (INF)
驅動程式資訊檔案會告知 Windows 首次遇到裝置時該如何處理。由於使用者的系統已包含 WinUSB 驅動程式，因此 INF 檔案只需要將供應商和產品 ID 與這項新的安裝規則建立關聯即可。以下檔案為基本範例。將它儲存為副檔名為 .inf 的檔案，變更標示為「X」的部分，然後按一下滑鼠右鍵，並從內容選單中選擇「Install」。
[Version]
Signature = "$Windows NT$"
Class = USBDevice
ClassGUID = {88BAE032-5A81-49f0-BC3D-A4FF138216D6}
Provider = %ManufacturerName%
CatalogFile = WinUSBInstallation.cat
DriverVer = 09/04/2012,13.54.20.543
; ========== Manufacturer/Models sections ===========
[Manufacturer]
%ManufacturerName% = Standard,NTx86,NTia64,NTamd64
[Standard.NTx86]
%USB\MyCustomDevice.DeviceDesc% = USB_Install,USB\VID_XXXX&PID_XXXX
[Standard.NTia64]
%USB\MyCustomDevice.DeviceDesc% = USB_Install,USB\VID_XXXX&PID_XXXX
[Standard.NTamd64]
%USB\MyCustomDevice.DeviceDesc% = USB_Install,USB\VID_XXXX&PID_XXXX
; ========== Class definition ===========
[ClassInstall32]
AddReg = ClassInstall_AddReg
[ClassInstall_AddReg]
HKR,,,,%ClassName%
HKR,,NoInstallClass,,1
HKR,,IconPath,%REG_MULTI_SZ%,"%systemroot%\system32\setupapi.dll,-20"
HKR,,LowerLogoVersion,,5.2
; =================== Installation ===================
[USB_Install]
Include = winusb.inf
Needs = WINUSB.NT
[USB_Install.Services]
Include = winusb.inf
Needs = WINUSB.NT.Services
[USB_Install.HW]
AddReg = Dev_AddReg
[Dev_AddReg]
HKR,,DeviceInterfaceGUIDs,0x10000,"{XXXXXXXX-XXXX-XXXX-XXXX-XXXXXXXXXXXX}"
; =================== Strings ===================
[Strings]
ManufacturerName = "Your Company Name Here"
ClassName = "Your Company Devices"
USB\MyCustomDevice.DeviceDesc = "Your Device Name Here"
[Dev_AddReg] 部分會為裝置設定 DeviceInterfaceGUID 集合。每個裝置介面都必須有 GUID，應用程式才能透過 Windows API 找到並連線至該介面。使用 New-Guid PowerShell 指令碼或線上工具產生隨機 GUID。
為了方便開發，Zadig 工具提供了簡易介面，可將為 USB 介面載入的驅動程式，替換成 WinUSB 驅動程式。
Microsoft OS 相容性描述符
上述 INF 檔案方法相當繁瑣，因為需要事先設定每位使用者的電腦。Windows 8.1 以上版本提供使用自訂 USB 描述元的替代選項。這些描述元會在裝置首次插入時，向 Windows 作業系統提供資訊，這些資訊通常會包含在 INF 檔案中。
設定 WebUSB 描述元後，您也可以輕鬆新增 Microsoft 的 OS 相容性描述元。首先，請使用這個額外的平台功能描述符擴充 BOS 描述符。請務必更新 wTotalLength 和 bNumDeviceCaps 以納入考量。
| 值 | 欄位 | 說明 |
|---|---|---|
| Microsoft OS 2.0 平台能力描述元 | ||
0x1C |
bLength | 此描述元的大小 |
0x10 |
bDescriptorType | 裝置功能描述元 |
0x05 |
bDevCapabilityType | 平台功能描述元 |
0x00 |
bReserved | |
{0xDF, 0x60, 0xDD, 0xD8, 0x89, 0x45, 0xC7, 0x4C, 0x9C, 0xD2, 0x65, 0x9D, 0x9E, 0x64, 0x8A, 0x9F} |
PlatformCapablityUUID | Microsoft OS 2.0 平台相容性描述元 GUID，採用 Little-Endian 格式 |
0x06030000 |
dwWindowsVersion | 最低相容的 Windows 版本 (Windows 8.1) |
0x00B2 |
wMSOSDescriptorSetTotalLength | 描述元集的總長度 |
0x02 |
bMS_VendorCode | 用於擷取其他 Microsoft 描述元的 bRequest 值 |
0x00 |
bAltEnumCode | 裝置不支援其他列舉 |
與 WebUSB 描述元一樣，您必須選取 bRequest 值，供與這些描述元相關的控制轉移使用。在本例中，我選擇 0x02。0x07 位於 wIndex 中，是用於從裝置擷取 Microsoft OS 2.0 描述元集的命令。
| bmRequestType | bRequest | wValue | wIndex | wLength | 資料 (回應) |
|---|---|---|---|---|---|
0b11000000 |
0x02 |
0x0000 |
0x0007 |
* | MS OS 2.0 描述元集 |
USB 裝置可能有多個功能，因此描述元組的首要部分會說明後續屬性與哪個函式相關。以下範例會設定複合裝置的介面 1。描述元件會向作業系統提供兩項與此介面相關的重要資訊。相容的 ID 描述元會告訴 Windows，這個裝置與 WinUSB 驅動程式相容。註冊資料庫屬性描述元的運作方式與上述 INF 範例的 [Dev_AddReg] 區段類似，藉由設定登錄屬性來為這個函式指派裝置介面 GUID。
| 值 | 欄位 | 說明 |
|---|---|---|
| Microsoft OS 2.0 描述元集合標頭 | ||
0x000A |
wLength | 此描述元的大小 |
0x0000 |
wDescriptorType | 描述元集標頭描述元 |
0x06030000 |
dwWindowsVersion | 最低相容的 Windows 版本 (Windows 8.1) |
0x00B2 |
wTotalLength | 描述元集的總長度 |
| Microsoft OS 2.0 設定子集標頭 | ||
0x0008 |
wLength | 此描述元的大小 |
0x0001 |
wDescriptorType | 設定子集標頭說明。 |
0x00 |
bConfigurationValue | 適用於設定 1 (雖然設定通常從 1 開始編號，但此設定從 0 開始編號) |
0x00 |
bReserved | 必須設為 0 |
0x00A8 |
wTotalLength | 部分內容總長度 (包含這個標題) |
| Microsoft OS 2.0 函式子集標頭 | ||
0x0008 |
wLength | 此描述元的大小 |
0x0002 |
wDescriptorType | 函式子集標頭描述元 |
0x01 |
bFirstInterface | 函式的第 1 個介面 |
0x00 |
bReserved | 必須設為 0 |
0x00A0 |
wSubsetLength | 包含此標頭的子集總長度 |
| 與 Microsoft OS 2.0 相容的 ID 描述元 | ||
0x0014 |
wLength | 此描述元的大小 |
0x0003 |
wDescriptorType | 相容 ID 描述元 |
"WINUSB\0\0" |
CompatibileID | 以 8 個位元組填滿的 ASCII 字串 |
"\0\0\0\0\0\0\0\0" |
SubCompatibleID | 以 8 個位元組填滿的 ASCII 字串 |
| Microsoft OS 2.0 登錄檔屬性描述元 | ||
0x0084 |
wLength | 此描述元的大小 |
0x0004 |
wDescriptorType | 登錄檔屬性描述元 |
0x0007 |
wPropertyDataType | REG_MULTI_SZ |
0x002A |
wPropertyNameLength | 屬性名稱的長度 |
"DeviceInterfaceGUIDs\0" |
PropertyName | 以 UTF-16LE 編碼的屬性名稱含空值結束字元 |
0x0050 |
wPropertyDataLength | 屬性值的長度 |
"{XXXXXXXX-XXXX-XXXX-XXXX-XXXXXXXXXXXX}\0\0" |
PropertyData | GUID 加上兩個以 UTF-16LE 編碼的空字元結尾符號 |
Windows 只會向裝置查詢這項資訊一次。如果裝置未以有效描述符回應，系統就不會在下次連線時再次詢問。Microsoft 提供USB 裝置登錄項目清單，說明在枚舉裝置時建立的登錄項目。測試時，請刪除為裝置建立的項目，強制 Windows 再次嘗試讀取描述符。
如要進一步瞭解如何使用這些描述元，請參閱 Microsoft 的網誌文章。
範例
您可以在下列專案中找到實作 WebUSB 感知裝置的範例程式碼，其中包含 WebUSB 描述元和 Microsoft OS 描述元：