一種USB信號監聽裝置及監聽方法

ID:235711 · 發表于 2017-9-26 11:39

USB監聽方案
本發明公開一種USB信號監聽裝置，包括第一數據收發單元、第二數據收發單元，二者之間并列連有數據監聽單元、數據流方向仲裁單元和USB通訊建立單元；第一數據收發單元的另一端和第二數據收發單元的另一端分別通過USB總線連接主機和USB設備；其中USB通訊建立單元根據USB協議控制第一數據收發單元和第二數據收發單元，使USB通訊系統進入數據包傳輸的狀態；數據流方向仲裁單元根據第一數據收發單元和第二數據收發單元的狀態，對數據流的方向做出仲裁；數據監聽單元將USB通訊信息和傳輸狀態信息發送給上位機。本發明在不影響USB系統可靠性和通訊速度的情況下，實現USB信號監聽功能。

1.一種USB信號監聽裝置，其特征在于：包括第一數據收發單元、第二數據收發單元，所
述第一數據收發單元和第二數據收發單元之間并列連有數據監聽單元、數據流方向仲裁單
元和USB通訊建立單元；所述第一數據收發單元的另一端和所述第二數據收發單元的另一
端通過USB總線分別連接主機或USB設備；其中
所述第一數據收發單元和第二數據收發單元用于USB總線信號的接收、發送以及USB總
線終端電阻的控制；
所述USB通訊建立單元根據USB協議控制所述第一數據收發單元和第二數據收發單元，
使USB通訊系統進入數據包傳輸的狀態；
所述數據流方向仲裁單元根據所述第一數據收發單元和第二數據收發單元的狀態，對
數據流的方向做出仲裁；
所述數據監聽單元將USB通訊信息和傳輸狀態信息發送給上位機。
2.根據權利要求1所述的USB信號監聽裝置，其特征在于：所述第一數據收發單元與第
二數據收發單元均包括USB信號收發電路和控制邏輯電路。
3.根據權利要求1所述的USB信號監聽裝置，其特征在于：所述數據監聽單元包括數據
接收模塊、數據緩沖電路和接口電路，所述數據接收模塊與所述數據緩沖電路連接，數據由
所述數據接收模塊進入所述數據緩沖電路，所述數據緩沖電路與所述接口電路連接。
4.根據權利要求3所述的USB信號監聽裝置，其特征在于：所述數據緩沖電路為雙口RAM
或者由觸發器或鎖存器組成的緩存電路。
5.根據權利要求1所述的USB信號監聽裝置，其特征在于：所述數據監聽單元包括數據
接收模塊、仲裁器、存儲器件和接口電路，所述數據接收模塊、所述仲裁器和所述接口電路
依次連接，所述仲裁器還與所述存儲器件連接。
6.根據權利要求1所述的USB信號監聽裝置，其特征在于：所述數據監聽單元、所述數據
流方向仲裁單元和所述USB通訊建立單元為可編程器件，所述第一數據收發單元與第二數
據收發單元為外置USB信號收發芯片。
7.根據權利要求6所述的USB信號監聽裝置，其特征在于：所述可編程器件為FPGA、
CPLD、EPLD、GAL、PAL中的一種。
8.根據權利要求1所述的USB信號監聽裝置，其特征在于：所述數據監聽單元、所述數據
流方向仲裁單元、所述USB通訊建立單元、所述第一數據收發單元和第二數據收發單元集成
在一個ASIC芯片上。
9.一種USB信號監聽方法，其特征在于：USB主機發送的數據由所述第一數據收發單元
接收后，經過所述數據監聽單元，在所述USB通訊建立單元和所述數據流方向仲裁單元控制
下，由所述第二數據收發單元發送給USB設備，或者
USB設備發送的數據由所述第二數據收發單元接收后，經過所述數據監聽單元，在所述
數據流方向仲裁單元和所述USB通訊建立單元控制下，由所述第一數據收發單元發送給USB
主機，所述數據監聽單元將第一數據收發單元和第二數據收發單元接收的全部/部分USB通
訊信息和傳輸狀態信息發送給上位機。
技術領域
[0001] 本發明涉及信息科學技術領域，尤其涉及一種USB信號監聽裝置及監聽方法。

背景技術
[0002] USB技術的優越性越來越明顯，支持USB技術的設備越來越多，USB通訊系統的監聽

能讓第三方獲得主機跟USB設備之間的通訊內容，為支持USB技術的設備提供信息安全保
障。
[0003] 現有的USB信號監聽技術是將USB信號接收電路直接并聯至主機與USB設備之間的

USB總線上，通過USB信號接收電路觀察USB總線上的通訊過程。這種解決方案給USB總線引
入了額外的負載，影響USB總線上的信號質量，當主機與USB設備之間的通訊線纜較長或者
長時間通訊時傳輸可能會失敗。

發明內容
[0004] 針對上述問題，本發明提供一種USB信號監聽裝置，在不影響USB系統可靠性和通

訊速度的情況下，實現USB信號監聽功能。
[0005] 一種USB信號監聽裝置，包括第一數據收發單元、第二數據收發單元，所述第一數

據收發單元和第二數據收發單元之間并列連有數據監聽單元、數據流方向仲裁單元和USB
通訊建立單元；所述第一數據收發單元的另一端和所述第二數據收發單元的另一端通過
USB總線分別連接主機或USB設備；其中所述第一數據收發單元和第二數據收發單元用于
USB總線信號的接收、發送以及USB總線終端電阻的控制；所述USB通訊建立單元根據USB協
議控制所述第一數據收發單元和第二數據收發單元，使USB通訊系統進入數據包傳輸的狀
態；所述數據流方向仲裁單元根據所述第一數據收發單元和第二數據收發單元的狀態，對
數據流的方向做出仲裁；所述數據監聽單元將USB通訊信息和傳輸狀態信息發送給上位機。
[0006] 所述第一數據收發單元與第二數據收發單元均包括USB信號收發電路和控制邏輯

電路。
[0007] 所述數據監聽單元包括數據接收模塊、數據緩沖電路和接口電路，所述數據接收

模塊與所述數據緩沖電路連接，數據由所述數據接收模塊進入所述數據緩沖電路，所述數
據緩沖電路與所述接口電路連接。
[0008] 所述數據緩沖電路為雙口RAM或者由觸發器或鎖存器組成的緩存電路。
[0009] 所述數據監聽單元包括數據接收模塊、仲裁器、存儲器件和接口電路，所述數據接

收模塊、所述仲裁器和所述接口電路依次連接，所述仲裁器還與所述存儲器件連接。
[0010] 所述數據監聽單元、所述數據流方向仲裁單元和所述USB通訊建立單元為可編程

器件，所述第一數據收發單元與第二數據收發單元為外置USB信號收發芯片。
[0011] 所述可編程器件為FPGA、CPLD、EPLD、GAL、PAL中的一種。
[0012] 所述數據監聽單元、所述數據流方向仲裁單元、所述USB通訊建立單元、所述第一

數據收發單元和第二數據收發單元集成在一個ASIC芯片上。
[0013] 本發明還提供一種基于上述USB信號監聽裝置進行信號監聽的方法，一種USB信號

監聽方法，USB主機發送的數據由所述第一數據收發單元接收后，經過所述數據監聽單元，
在所述USB通訊建立單元和所述數據流方向仲裁單元控制下，由所述第二數據收發單元發
送給USB設備，或者USB設備發送的數據由所述第二數據收發單元接收后，經過所述數據監
聽單元，在所述數據流方向仲裁單元和所述USB通訊建立單元控制下，由所述第一數據收發
單元發送給USB主機，所述數據監聽單元將第一數據收發單元和第二數據收發單元接收的
全部/部分USB通訊信息和傳輸狀態信息發送給上位機。
[0014] 本發明在不影響USB系統可靠性和通訊速度的情況下，實現USB信號監聽功能。

附圖說明
[0015]  圖1為USB信號監聽裝置的原理框圖；
[0016]  圖2為USB信號監聽裝置實施例中第一(或第二)數據收發單元結構圖；
[0017]  圖3為USB信號監聽裝置實施例中數據監聽單元結構圖。

具體實施方式
[0018] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對

本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并
不用于限定本發明。
[0019] 如圖1所示，本實施例USB信號監聽裝置包括第一數據收發單元、第二數據收發單

元以及兩者間并列連接的USB通訊建立單元、數據流方向仲裁單元、數據監聽單元，第一數
據收發單元的另一端通過USB總線連接主機，第二數據收發單元的另一端則通過USB總線連
接USB設備。當然，也可以第一數據收發單元連接USB設備，而第二數據收發單元連接主機。
[0020]  當本實施例USB信號監聽裝置與主機和USB設備建立連接后，USB通訊建立單元可

檢測到設備的連接以及設備的速度類型，通過連接第一數據收發單元相應的USB總線終端
電阻告知主機，當USB通訊建立單元檢測到USB設備斷開時，通過斷開第一數據收發單元相
應的USB總線終端電阻告知主機。
[0021] USB通訊建立單元將復位、握手、掛起和主機喚醒看作是一種需要轉發的信號傳

輸，即，USB通訊建立單元通過第一數據收發單元檢測到主機發來復位、握手、掛起和主機喚
醒信號后，立即通過第二數據收發單元轉發給USB設備，對應的，當USB通訊建立單元通過第
二數據收發單元檢測到USB設備發來握手信號后，則通過第一數據收發單元轉發給主機。
[0022]  當USB設備進行遠程喚醒時，發送喚醒信號K到USB總線，USB通訊建立單元檢測到K

后通過第一數據收發單元發送3ms K給主機，同時，在1ms以內開始向USB設備回傳K，直到通
過第一數據收發單元檢測到EOP(End of Packet，包結束)或者高速空閑態。
[0023] USB通訊建立單元通過第二數據收發單元檢測到USB設備連接并識別設備的速度，

然后將速度信息通過第一數據收發單元的上拉電阻或者超速接口告知主機。如果USB設備
為全速則進入高速握手狀態，握手結束后進入相應速度的USB包傳輸態；如果連接的USB設
備不是全速則直接進入相應速度的USB包傳輸態。進入USB包傳輸態后，當USB通訊建立單元
檢測到USB設備斷開時通過第一數據收發單元告知主機。
[0024] 在USB包傳輸態下，數據流方向仲裁單元在得知數據監聽單元中接收到數據的情
況下，根據第一數據收發單元和第二數據收發單元的接收/發送狀態對數據監聽單元接收
到數據的傳輸方向作出仲裁，例如主機發送數據包給USB設備，數據流方向仲裁單元得知數
據監聽單元中接收到數據，并且第一數據收發單元處于接收狀態、第二數據收發單元處于
非接收狀態，那么，可知道將數據監聽單元中接收到的數據是從主機發送給USB設備。
[0025] 本實施例USB信號監聽裝置整體可集成在一個ASIC芯片內，或者USB通訊建立單

元、數據監聽單元和數據流方向仲裁單元采用可編程器件或其他類似電路，同時第一數據
收發單元與第二數據收發單元均采用外置USB信號收發芯片(如USB3500，ISP1507，
TUSB1310)，其結構如圖2所述，USB信號收發電路符合現有的USB規范，與主機或USB設備通
過USB總線連接；控制邏輯電路與數據監聽單元、數據流方向仲裁單元、USB通訊建立單元之
間可采用UTMI/ULPI/PIPE等接口。
[0026]  圖3(a)是數據監聽單元的一種實現方式，數據接收模塊完成數據的接收并寫入雙

口RAM，通過接口電路將數據傳輸給上位機，接口電路可以是USB、SPI、I2C、串口或并口等接
口；也可用觸發器或鎖存器組成的緩沖電路代替雙口RAM。圖3(b)是另一種實現方式，即用
仲裁器和存儲器件(以單口RAM為例)代替圖3(a)中的雙口RAM。
[0027] 本發明方案所公開的技術手段不僅限于上述實施方式所公開的技術手段，還包括

由以上技術特征任意組合所組成的技術方案。

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一種USB信號監聽裝置及監聽方法