用 Pi Zero 2 W 打造專屬 USB 裝置！從 HID 開發開始

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Pi Zero 2 W 是一塊體積小巧、價格親民卻性能不俗的微型電腦，而它還藏著一個常被忽略的強大功能：USB Gadget 模式。透過這項特性，我們可以讓它偽裝成一個 USB 裝置，模擬鍵盤、滑鼠、甚至是遊戲控制器——完全符合 USB HID（Human Interface Device）規範。

本篇文章將帶你從零開始，教你如何把 Pi Zero 2 W 打造成一個專屬的 USB HID 裝置。不需要額外的 Arduino 或 STM32，你只需要一條 OTG 線、一張 microSD 卡，以及一點點設定，就能解鎖這塊小板子的無限可能。不論你是想開發巨集鍵盤、腳踏控制器，還是創造創意輸入裝置，這裡都是最好的起點。

Pi Zero

什麼是 USB HID？

USB HID（Human Interface Device） 是一種 USB 裝置通訊協定，專門用來讓人類與電腦進行互動。最常見的 HID 裝置包括 鍵盤、滑鼠、遊戲控制器、觸控板 等。HID 裝置的特點是即插即用、免驅動，幾乎所有的現代作業系統（如 Windows、macOS、Linux）都內建支援。

HID 規範定義了資料的傳輸方式和格式，因此我們可以利用像 Pi Zero 2 W 這樣的裝置模擬出一個「假的」USB HID 裝置，電腦就會誤以為它是個真的鍵盤或滑鼠，進而達到自動輸入、巨集控制等效果。

Pi Zero 2 W 簡介

Raspberry Pi Zero 2 W 是 Raspberry Pi 基金會推出的一款超小型單板電腦，延續了 Zero 系列「體積小、功耗低、價格親民」的設計理念，但在效能上有了大幅提升。它搭載 四核心 Broadcom BCM2710A1 處理器（與 Raspberry Pi 3 同級），相較於初代 Zero 提供了約 5 倍的效能提升，但尺寸依然僅為 65mm × 30mm。

這款小板具備：

  • 512MB LPDDR2 RAM
  • 內建 Wi-Fi（802.11 b/g/n）與藍牙 4.2
  • Mini HDMI、microUSB（OTG）、GPIO 排針、microSD 卡槽

由於其支援 USB OTG 功能，Zero 2W 可以進入「USB Gadget 模式」，進而模擬 HID 裝置、Mass Storage、Serial 等多種 USB 角色，非常適合應用於低成本、便攜式的 DIY 專案，如 USB 工具、巨集鍵盤、IoT 裝置與簡易終端等。

開發環境

在開始開發板模組的 USB HID 專案之前，請確保已完成以下準備：

  • Raspberry Pi Zero 2 W 一台
    建議已焊接好 GPIO 排針，並具備 microSD 卡。
  • 已安裝 Raspberry Pi OS（建議使用 Lite 版）
    建議使用 Raspberry Pi Imager 安裝最新版作業系統，並啟用 SSH 以方便遠端操作。
  • OTG 傳輸線或 microUSB 轉 USB-A 線材
    Pi Zero 2 W 的 microUSB（非電源孔）可進入 USB Gadget 模式，需要透過 OTG 線與主機相連。
  • 具備基本 Linux 終端操作能力
    HID 裝置需要透過 configfs 設定與啟用，需使用指令列工具（如 modprobe、echo、ln 等）。

啟用 USB HID Gadget 模式

修改啟動設定（config.txt 與 cmdline.txt）
注意：新版 Raspberry Pi OS（如 Bookworm）設定檔位置已改為 /boot/firmware/。請使用 root 權限修改。

sudo -i
nano /boot/firmware/config.txt

在最底下加入：

dtoverlay=dwc2

然後編輯 cmdline.txt：

nano /boot/firmware/cmdline.txt

找到單行文字且在最後面插入：

modules-load=dwc2

儲存後並離開 nano 編輯器。

重新開機

reboot

切換為 root 權限

sudo -i

建立 USB Gadget 結構

cd /sys/kernel/config/usb_gadget/
mkdir -p hidgadget
cd hidgadget

設定 USB 裝置基本資訊

echo 0x1d6b > idVendor      # Linux Foundation（或改為自訂 Vendor ID）
echo 0x0104 > idProduct     # HID Gadget
echo 0x0100 > bcdDevice     # 裝置版本
echo 0x0200 > bcdUSB        # USB 2.0

設定文字描述資訊

mkdir -p strings/0x409
echo "0001" > strings/0x409/serialnumber
echo "PiZeroHID" > strings/0x409/manufacturer
echo "Custom HID Device" > strings/0x409/product

建立 USB 設定（Config）

mkdir -p configs/c.1
echo 250 > configs/c.1/MaxPower

mkdir -p configs/c.1/strings/0x409
echo "Custom HID Config" > configs/c.1/strings/0x409/configuration

建立 HID Function（64-byte 自訂資料傳輸）

mkdir -p functions/hid.usb0
echo 0 > functions/hid.usb0/protocol
echo 0 > functions/hid.usb0/subclass
echo 64 > functions/hid.usb0/report_length

這段描述了一個：

  • Vendor-defined usage
  • 單方向輸入（Input only）
  • 每次報告為 64 bytes

將 function 加入 config

ln -s functions/hid.usb0 configs/c.1/

啟用 USB Gadget

最後，掛載 USB 裝置控制器（UDC）：

ls /sys/class/udc > UDC

最後，掛成功後，系統會在 /dev/ 下出現：

/dev/hidg0
root@raspberrypi:/dev# ls hid*
hidg0

結論

透過 USB Gadget 模式，Raspberry Pi Zero 2 W 不再只是單純的微型電腦，而搖身一變成為一個可程式化的 USB 裝置。本文介紹的自訂 HID 裝置示範，僅僅是開端——你可以讓它模擬鍵盤、與主機互動、成為開發工具的一部分，甚至用在安全測試、遊戲輔助或 IoT 裝置中。

最棒的是，你不需要額外的控制板或硬體模組，一條 OTG 線、幾行指令，就能釋放這塊小板子的巨大潛力。

接下來，或許你可以：

  • 將它變成一個巨集鍵盤或快捷控制器
  • 傳感器資料即時送到主機
  • 建立一個安全測試裝置（如 USB Rubber Ducky 替代品）

這只是開始，真正的限制只有你的創意。

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