USBインタラプトエンドポイントbIntervalのデバッグ：ポーリングレート、HID遅延、Full-Speed vs High-Speed、入力欠落

USBインタラプトエンドポイントは、キーボード、マウス、ゲームコントローラ、センサ、タッチパネル、バーコードスキャナ、UPSデバイス、さまざまな独自HIDツールで使われます。入力が遅く感じたり、レポートが想定外のレートで来たりするときに、USB bInterval、HID polling rate、USB interrupt endpoint latency、missed input reports、USB device 125Hz 250Hz 1000Hz、bInterval full speed high speed で検索されます。

Bus Scopeが効くのは、ポーリング挙動が「エンドポイントディスクリプタ」と「実際のバスタイミング」で定義されるものだからです。OSのUIは「デバイス接続済み」としか表示しないことが多い一方、キャプチャは「ホストが実際に使っているinterval」を映し出します。

bIntervalの意味

インタラプトエンドポイントのディスクリプタには bInterval が含まれます。この値はポーリング間隔を表しますが、解釈は速度とエンドポイント種別で変わります。

重要な区別：

• Low-Speed／Full-Speedインタラプトエンドポイントはミリ秒フレームベースのinterval
• High-Speedインタラプトエンドポイントはマイクロフレームに基づく異なるエンコーディング
• ホストコントローラのスケジューリングやハブトポロジが実タイミングに影響
• アプリの読み取りタイミングはUSBバスポーリングとは別物

アプリのコールバックだけ見ているエンジニアは、実際のエンドポイントスケジュールを取り逃します。

よくある症状

ポーリング間隔由来の問題は、次のように現れます。

• マウスやコントローラがもっさりする
• HID入力レポートが1msではなく8msごとに来る
• 1000Hzを提示しているのに125Hz相当の挙動
• センサデータがバースト的
• バーコードスキャナが高速スキャンを取りこぼす
• レジューム後にタッチパネルが遅く感じる
• ファームウェアがホストのポーリングより速くレポートを送る
• High-Speedモードでレポートタイミングが想定外に変わる

これらは遅延・反応の問題に見えますが、ルートの証拠はUSBディスクリプタとパケットタイミングにあります。

Full-Speed vs High-Speedの解釈

同じ数値の bInterval でも、速度が違えば実効タイミングも違います。Full-Speed HIDエンドポイントの bInterval=8 は、High-Speedエンドポイントの同じバイト値と同じスケジューリングモデルではありません。

デバッグでは次をキャプチャします。

• 実際にネゴシエートされた速度
• エンドポイントディスクリプタ
• エンドポイントアドレス
• 転送種別
• bInterval
• 観測されたINトークン／転送ケイデンス
• レポートペイロードのタイミング

Bus Scopeはディスクリプタの値と観測タイミングを並べて表示できます。

ファームウェアのオーバープロダクション

ファームウェアの中には、ホストのポーリングより速く入力レポートを生成するものがあります。そのレポートは、ホストに届く前に上書き・合体・破棄されることがあります。

症状：

• デバイスの内部ログにはイベントが残っている
• ホストが受け取るレポートは少ない
• 高速なボタン押しが抜ける
• 動きが滑らかに見えたり遅延して見えたりする
• バースト後のレポートには最新状態だけが入っている

これはUSBパケットロスの問題ではなく、ファームウェアのバッファリングとポーリング契約の問題です。

ホストポーリング ≠ アプリ読み取りレート

アプリが1msごとに読んでいても、USBホストは8msごとにしかポーリングしないかもしれません。ホストは時間通りにポーリングしていても、アプリのイベントループが処理は後回しにしているかもしれません。

パケットキャプチャは次を切り分けます。

• バスポーリング間隔
• デバイスの応答タイミング
• ホストドライバのバッファリング
• アプリのコールバック遅延

この切り分けはHID遅延サポート案件で決定的に重要です。

bIntervalのディスクリプタミス

よくあるディスクリプタバグ：

• bInterval=10 を誤って提示（本来1）
• Full-SpeedのintervalをHigh-Speedディスクリプタに誤ってコピー
• HIDディスクリプタの期待とエンドポイントディスクリプタでintervalが違う
• コメントは1000Hzと言っているのにディスクリプタは遅い
• Alternate Settingでintervalが変わるがファームウェアが未対応

ディスクリプタ内のバイトこそが、ホストがスケジュールに使う「契約」です。

デバッグチェックリスト

次の流れで作業すると、原因に早くたどり着けます。

1. 列挙をキャプチャする
2. インタラプトエンドポイントのディスクリプタを特定する
3. 実際のデバイス速度を記録する
4. bInterval をデコードする
5. 観測されたInterrupt INのケイデンスを測定する
6. 期待ポーリングレートと比較する
7. 高速な入力イベントをトリガーする
8. レポートが欠落／合体していないか確認する
9. ポート直結とハブ経由を比較する
10. ディスクリプタとタイミングの証拠を一緒に保全する

最終的な診断

USBインタラプトの遅延は単なるアプリ性能の問題ではなく、エンドポイントの bInterval／速度モード／ホストスケジューリング／レポート生成／ファームウェアバッファリングに依存します。

Bus Scopeは、HID／インタラプトデバイスが意図したレートで実際にポーリングされているか、入力欠落がディスクリプタ設定／ファームウェアバッファ／ホスト・アプリタイミングのどれに由来するかを、ファームウェアエンジニアが証明する手助けをします。