能否使用两个 FX3 设备实现 USB 数据包嗅探、插入和移除？

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使用两个 Cypress FX3 设备实现 USB 数据包的嗅探、插入和移除在技术上是可行的，但需要解决硬件设计、固件开发和实时处理等关键问题。以下是详细分析：

1. 实现原理

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  架构设计：
  
  两个 FX3 设备可分别扮演以下角色：

  
  
  
  
  • FX3-A：作为 USB Host，连接目标设备（如 U 盘、摄像头）。
  
  
  • FX3-B：作为 USB Device，连接主控端（如 PC）。
  
  
  • 两者通过 GPIF II 接口 或 UART/SPI 建立通信通道，实时转发和修改数据包。
  
  
  
  


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  数据流：
  
  主机（PC） ↔ FX3-B ↔ FX3-A ↔ 目标设备
  
  数据在 FX3-A 和 FX3-B 之间传输时，可插入嗅探逻辑进行捕获和修改。

  
  

2. 硬件需求

除了两个 FX3 开发板，可能需要以下硬件：

• USB 3.0 开关/多路复用器：
  
  用于动态切换数据路径（例如 TI TS3USB221），避免信号冲突。


• 电平转换器：
  
  如果目标设备与 FX3 的电压不兼容（如 USB 2.0 vs 3.0）。


• 定制 PCB：
  
  整合两个 FX3、电源管理和信号路由，确保信号完整性。


• 高速接口连接器：
  
  用于 FX3 之间的通信（如 FMC 连接器用于 GPIF II）。

3. 软件与固件开发

• FX3 固件：  
  
  
  
  • FX3-A（Host 模式）：枚举目标设备，通过 GPIF 将数据转发到 FX3-B。
  
  
  • FX3-B（Device 模式）：模拟目标设备，向主机发送修改后的数据包。
  
  
  • 实现 DMA 通道 处理高速数据流，避免丢包。
  
  


• 数据包处理逻辑：  
  
  
  
  • 在 FX3 的 ARM 内核中解析 USB 协议（如包类型、PID、CRC）。
  
  
  • 插入/移除数据包时需动态调整帧序号（Sequence Number）和握手信号。
  
  


• 主机端工具：
  
  开发 Python/C++ 工具通过 FX3-B 控制嗅探行为，实时显示捕获的数据。

4. 技术挑战

• 实时性：
  
  USB 3.0 的 5 Gbps 速率需要高效的 DMA 和 GPIF 配置，确保延迟低于协议超时阈值。


• 协议完整性：
  
  修改数据包后需重新计算 CRC 和握手信号，否则会导致主机/设备重置。


• 电源管理：
  
  桥接模式下需处理 VBUS 供电和设备的枚举过程（如重新生成设备描述符）。

5. 替代方案

如果开发复杂度太高，可考虑以下方案：

• 专用 USB 嗅探工具：
  
  如 Beagle USB 4800 或 TotalPhase 的硬件分析仪（支持协议解析和注入）。


• FPGA 方案：
  
  使用 FPGA 搭配 USB 3.0 PHY 芯片，实现更灵活的硬件层控制。

6. 结论

可行但复杂。两个 FX3 设备需配合定制硬件和深度固件优化，适合对 USB 协议有深刻理解的开发者。若追求快速实现，建议优先考虑商用嗅探工具。如需低成本方案，可尝试 FX3 + FPGA 的组合提高灵活性。