總線型鍵盤、顯示器和滑鼠切換控制裝置和方法
2023-05-04 23:45:41
專利名稱：總線型鍵盤、顯示器和滑鼠切換控制裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種總線型鍵盤、顯示器、滑鼠切換控制裝置和方法，特別是涉及一種通過五類傳輸線，實現多個伺服器結點共用一組鍵盤、顯示器、滑鼠的切換控制裝置及控制方法，屬於計算機控制技術領域。
背景技術：
目前，在伺服器機群應用領域中通常是多個伺服器結點共用一組鍵盤、顯示器、滑鼠，再由控制端利用鍵盤、顯示器、滑鼠(KVM，Key-board Video Mouse)切換器對各個伺服器的輸入或輸出進行選擇控制。為了避免布線過於複雜，業界已經研製出了採用一條五類線傳輸KVM信號的切換設備。但是，現有的這種總線型KVM切換器中，在各個結點之間進行切換的控制電路結構大多比較複雜；尤其是模擬信號的傳輸要求儘量減少波形失真，所以通常使用通路寄生電容小的雙極型模擬開關作為控制電路的切換結點。然而，這種電路具有較大缺陷一是成本昂貴。由於切換控制電路結構複雜，使得電路的器件成本和生產製造成本都會顯著增加。單就其中的雙極型模擬開關而言，由於對其通路的寄生電容等參數有較高要求，使得該元件的成本增高，進而增加了結點的成本。而在機群應用中，一套KVM切換器控制的系統往往需要上百個結點，該元件對提高成本的影響就相當可觀了。二是複雜的切換控制電路自然增多了故障發生點，無形中會增加故障出現的概率，影響系統的工作穩定性。
發明內容
本發明的目的是提供一種總線型鍵盤、顯示器、滑鼠切換控制裝置和實現方法，該切換控制裝置通過一條高電平線和一條低電平線組成的控制器局部網總線傳輸切換命令，由各個結點控制模塊的微處理器接收和分析命令，驅動相應的硬體控制電路動作，對模擬信號傳輸總線上的模擬信號進行切換控制，從而大大簡化切換電路，降低生產成本和提高電路的工作可靠性。
本發明的目的是這樣實現的一種總線型鍵盤、顯示器、滑鼠切換控制裝置，其特徵在於該裝置包括有總線、分別掛接在該總線上的一個控制端模塊和多個結點控制模塊，所述總線包括有模擬信號傳輸總線和數位訊號傳輸總線，所述控制端模塊連接有滑鼠、鍵盤和顯示器，所述結點控制模塊分別連接各個伺服器，用於接收控制端模塊的命令，控制該結點與模擬信號總線的斷開或閉合，阻斷或釋放該結點連接的伺服器顯示信號與模擬信號總線的連接，以便該結點連接的伺服器的顯示信號能夠實現由該結點到控制端的單向傳輸。
所述結點控制模塊的控制電路包括由微處理器和其外圍電路-總線收發器、鍵盤和滑鼠的PS/2接口及其數位訊號的RJ45接口組成的數字電路，順序連接的視頻圖像適配器VGA接口、將視頻信號進行複合打包的電路和差分傳輸電路、繼電器開關電路與繼電器、以及視頻信號的RJ45接口組成的模擬電路；該結點控制模塊控制電路中的微處理器的功能是在工作狀態下，將經由PS/2接口的本結點伺服器的滑鼠、鍵盤信號進行打包處理，控制其TX/RX接口連接的總線收發器通過數位訊號總線與控制端通信；在等待模式下，回應伺服器的命令，即仿真伺服器的滑鼠和鍵盤；通過其I/O接口控制繼電器開關電路工作，使得在工作模式下，繼電器吸合，本結點伺服器的顯示信號釋放到模擬信號傳輸總線上，實現由該結點到控制端的單向傳輸；在等待模式下，繼電器關閉，本結點伺服器的顯示信號傳輸被阻擋。
所述結點控制模塊的控制電路還包括電源變換電路、結點工作狀態指示電路、復位電路和滑鼠、鍵盤讀寫信號控制電路。
所述控制端模塊的電路結構與結點控制模塊相同，以減少模塊種類。
所述數位訊號總線和模擬信號總線是五類線，其中數位訊號總線是由一條高電平線和一條低電平線組成的控制器局部網總線，模擬信號總線是由分別傳輸R+H、G、B+V視頻顯示信號的三對雙絞線組成，其中每對雙絞線傳輸正負電平的雙極性信號，且數位訊號總線和模擬信號總線的兩端分別串接形成良好端接的匹配電阻。
所述五類線分別連接控制端模塊和彼此相鄰的各個結點控制模塊之間的兩個RJ45接口，構成數位訊號總線和模擬信號總線的物理傳輸介質。
所述繼電器結構是雙刀雙擲型，每個結點控制模塊上有三個繼電器，分別控制三條顯示模擬信號的雙極性信號傳輸總線的斷開或閉合，用以阻斷或釋放該結點的伺服器顯示信號與模擬信號傳輸總線的連接；。
本發明的目的是這樣實現的一種總線型鍵盤、顯示器、滑鼠切換控制裝置的控制方法，其特徵在於包括下列步驟(1)控制端模塊通過數字總線向需要進行交互控制的目的結點伺服器之前的所有結點控制模塊發出關閉繼電器指令；(2)所述各個結點控制模塊的微處理器接收到關閉指令，分別關閉各自的繼電器，並進入等待模式；(3)控制端模塊通過數位訊號總線向需要進行交互控制的目的結點控制模塊發出繼電器打開指令；(4)目的結點控制模塊的微處理器接收到打開指令，命令繼電器吸合，使本站點的伺服器顯示信號接通模擬信號總線，並進入工作模式；(5)切換到目的結點的流程結束。
所述等待模式是該結點控制模塊的微處理器只監聽數位訊號總線的命令，並不向總線發送信息；同時啟動滑鼠、鍵盤仿真程序，虛擬伺服器的滑鼠、鍵盤，使得伺服器能夠探測到滑鼠、鍵盤正常工作。
所述工作模式是該結點控制模塊的微處理器在本結點伺服器與控制端的滑鼠、鍵盤之間建立虛擬通路，實現該伺服器與滑鼠、鍵盤之間的通信；同時，本結點伺服器的顯示信號釋放到模擬信號總線上，實現由該結點伺服器到控制端顯示器的單向傳輸。
本發明通過將一條由五類雙絞線構成的傳輸線分成兩種不同功能的總線傳輸結點間的切換命令和滑鼠、鍵盤信息的數位訊號總線和傳輸顯示模擬信號的模擬信號總線，以及各個結點控制模塊上的微處理器和其外圍的控制電路，實現了只需要一條五類線就可以同時傳輸鍵盤、顯示器、滑鼠信號。整個裝置的設計構思新穎巧妙，電路結構簡單，尤其是切換電路大大簡化，顯著降低生產製造成本，還提高了電路的工作可靠性。在多個伺服器結點共用一組鍵盤、顯示器、滑鼠進行輸入或輸出選擇控制的伺服器機群應用領域中，本發明具有很好的推廣應用前景；而且，本發明不僅適合於總線型鍵盤、顯示器、滑鼠的切換控制裝置中，還可以用在其它類似的許多總線型的控制系統中。
圖1是本發明總線型鍵盤、顯示器、滑鼠切換控制裝置的結構組成方框圖；圖2是本發明的結點控制模塊的電路結構方框圖；圖3是本發明的結點控制模塊的控制電路電原理圖；圖4是本發明總線型鍵盤、顯示器、滑鼠切換控制裝置的實現方法流程圖。
具體實施例方式
參見圖1，本發明是一種用於伺服器機群應用領域中的總線型鍵盤、顯示器、滑鼠切換控制裝置，圖中粗虛線框出來的該裝置10包括有總線、分別掛接在該總線上的一個控制端模塊1和多個結點控制模塊2、3、4。其中總線是五類線，包括有模擬信號傳輸總線和數位訊號傳輸總線，本發明採用由一條高電平線和一條低電平線組成的控制器局部網(CAN，Controller Area Network)總線作為數位訊號總線，模擬信號總線由分別傳輸R+H、G、B+V視頻顯示信號的三對雙絞線組成，其中每對雙絞線傳輸正負電平的雙極性信號，這樣可以使得通常位於監控室30內的連接滑鼠、鍵盤和顯示器的控制端模塊1與位於伺服器機群機房20內的多個結點控制模塊2、3、4的傳輸距離能夠達到300米。數位訊號總線和模擬信號總線的兩端分別串接形成良好端接的匹配電阻。結點控制模塊2、3、4分別連接各自的伺服器，用於接收控制端模塊1的命令，控制該結點與模擬信號總線的斷開或閉合，阻斷或釋放該結點連接的伺服器顯示信號與模擬信號總線的連接，以便該結點連接的伺服器的顯示信號能夠實現由該結點到控制端的單向傳輸。圖1表明控制端模塊1和結點控制模塊2、3、4電路結構相同，都包括有數字電路D和模擬電路A兩部分，其中數字電路D通過CAN總線實現信號傳輸，傳輸方式是雙向的；模擬電路A通過模擬信號傳輸總線實現由結點到控制端的單向傳輸。
參見圖2，本發明結點控制模塊的控制電路主要包括有由微處理器和其外圍電路-總線收發器、鍵盤和滑鼠的PS/2接口及其數位訊號的RJ45接口組成的數字電路(信號流程用粗實線畫出)，順序連接的視頻圖像適配器VGA接口、將視頻信號進行複合打包的電路和差分傳輸電路、繼電器開關電路與繼電器、以及視頻信號的RJ45接口組成的模擬電路(信號流程用空心實線畫出)。圖中左側的VGA與兩個PS/2接口分別與其對應的伺服器的顯示器與滑鼠、鍵盤相連。其中微處理器的功能是在工作狀態下，將經由PS/2接口的本結點伺服器的滑鼠、鍵盤信號進行打包處理，再控制與其連接的總線收發器通過RJ45接口和CAN總線與控制端通信；同時通過其I/O接口控制繼電器開關電路工作，使得在工作模式下，繼電器吸合，本結點伺服器的顯示信號經由VGA接口傳輸給結點控制模塊的模擬信號通過打包和差分輸出(此電路為比較成熟的電路，與業界通用的電路相同，故不再贅述)，能夠釋放到模擬信號傳輸總線上，實現由該結點到控制端的單向傳輸。在等待模式下，微處理器回應伺服器的命令，即仿真伺服器的滑鼠和鍵盤；同時，繼電器關閉，本結點伺服器的顯示信號傳輸被阻擋。右側的兩個RJ45接口分別通過五類線與相鄰的結點相聯，構成CAN總線和模擬信號傳輸總線的物理傳輸介質。
參見圖3，介紹結點控制電路模塊的電原理圖。微處理器IC1通過其TX/RX接口連接CAN總線收發器IC2，以便在CAN總線D8、D7上發送和接收命令。CAN總線的物理介質是五類線中的一對雙絞線，它們分別連接相鄰兩個RJ45接口J3(DOWN_RJ45)的D8、D7和J2(UP_RJ45)的U8、U7。五類線中剩餘的三對雙絞線D6-D1和U6-U1用作分別傳輸R+H、G、B+V視頻模擬顯示信號的傳輸總線，其中每對雙絞線傳輸正負電平的雙極性信號。微處理器IC1的Vedio on管腳P32連接繼電器開關電路IC6。該繼電器開關電路IC6是控制三個繼電器g3-g1供電電源通路的模擬開關(型號MAX4628)，通過是否給三個繼電器g3-g1供電來控制這些繼電器在連接後續模擬信號總線還是連接RJ45接口之間進行切換，用於阻斷或釋放本結點的模擬信號到模擬信號傳輸總線上。該三個繼電器g3-g1都是雙刀雙擲結構，三個繼電器的六個轉換接點分別為本結點的模擬信號總線的上行埠D1-D6，三個繼電器的六個靜接接點分別連接與各自轉換接點上模擬信號總線的上行埠D1-D6相對應的後續總線U1-U6，六個動接接點則分別連接本結點的經過打包、差分處理後的顯示模擬信號總線RED+、RED-、GERRN+、GREEN-、BLUE+、BLUE-。
結點控制模塊的控制電路還包括有作為供電核心晶片的電源變換電路IC5，它負責通過J1、J4的相應接點從PS/2上獲取+5V直流電，並變換成-5V。由雙色二極體LED1組成的結點工作狀態指示電路，紅色管R亮表示工作狀態，綠色管G亮表示等待狀態。復位電路IC3和四個開關電路組成的滑鼠、鍵盤數據信號和時鐘信號的讀寫信號控制電路，用於保證滑鼠、鍵盤的信號的收發工作正常，即保證微處理器IC1能夠通過不同的I/O在同一條線路上實現滑鼠和鍵盤的數據、時鐘信號的收、發功能。兩個異或門用於對H、V數位訊號的整形再生。
參見圖4，說明本發明的工作機制或控制方法的實現步驟(1)控制端模塊通過數字總線向需要進行交互控制的目的結點伺服器之前的所有結點控制模塊發出關閉繼電器指令；(2)各個結點控制模塊的微處理器接收到關閉指令，分別關閉各自的繼電器，並進入等待模式；此時，微處理器只監聽CAN總線的命令，並不向總線發送信息，同時啟動滑鼠、鍵盤仿真程序，虛擬伺服器的滑鼠、鍵盤，使得伺服器探測到滑鼠、鍵盤正常工作；(3)控制端模塊通過數位訊號總線向需要進行交互控制的目的結點控制模塊發出打開繼電器指令；(4)目的結點控制模塊的微處理器接收到打開指令，命令繼電器吸合，使本站點的伺服器顯示信號接通模擬信號總線，並進入工作模式；此時，將在該結點的伺服器與控制端的滑鼠、鍵盤之間建立虛擬通路，實現伺服器與滑鼠、鍵盤之間的通信；(5)切換到目的結點伺服器的流程結束。
權利要求
1.一種總線型鍵盤、顯示器、滑鼠切換控制裝置，其特徵在於該裝置包括有總線、分別掛接在該總線上的一個控制端模塊和多個結點控制模塊，所述總線包括有模擬信號傳輸總線和數位訊號傳輸總線，所述控制端模塊連接有滑鼠、鍵盤和顯示器，所述結點控制模塊分別連接各個伺服器，用於接收控制端模塊的命令，控制該結點與模擬信號總線的斷開或閉合，阻斷或釋放該結點連接的伺服器顯示信號與模擬信號總線的連接，以便該結點連接的伺服器的顯示信號能夠實現由該結點到控制端的單向傳輸。
2.根據權利要求1所述的切換控制裝置，其特徵在於所述結點控制模塊的控制電路包括由微處理器和其外圍電路-總線收發器、鍵盤和滑鼠的PS/2接口及其數位訊號的RJ45接口組成的數字電路，順序連接的視頻圖像適配器VGA接口、將視頻信號進行複合打包的電路和差分傳輸電路、繼電器開關電路與繼電器、以及視頻信號的RJ45接口組成的模擬電路；該結點控制模塊控制電路中的微處理器的功能是在工作狀態下，將經由PS/2接口的本結點伺服器的滑鼠、鍵盤信號進行打包處理，控制其TX/RX接口連接的總線收發器通過數位訊號總線與控制端通信；在等待模式下，回應伺服器的命令，即仿真伺服器的滑鼠和鍵盤；通過其I/O接口控制繼電器開關電路工作，使得在工作模式下，繼電器吸合，本結點伺服器的顯示信號釋放到模擬信號傳輸總線上，實現由該結點到控制端的單向傳輸；在等待模式下，繼電器關閉，本結點伺服器的顯示信號傳輸被阻擋。
3.根據權利要求2所述的切換控制裝置，其特徵在於所述結點控制模塊的控制電路還包括電源變換電路、結點工作狀態指示電路、復位電路和滑鼠、鍵盤讀寫信號控制電路。
4.根據權利要求1所述的切換控制裝置，其特徵在於所述控制端模塊的電路結構與結點控制模塊相同，以減少模塊種類。
5.根據權利要求1所述的切換控制裝置，其特徵在於所述數位訊號總線和模擬信號總線是五類線，其中數位訊號總線是由一條高電平線和一條低電平線組成的控制器局部網總線，模擬信號總線是由分別傳輸R+H、G、B+V視頻顯示信號的三對雙絞線組成，其中每對雙絞線傳輸正負電平的雙極性信號，且數位訊號總線和模擬信號總線的兩端分別串接形成良好端接的匹配電阻。
6.根據權利要求5所述的切換控制裝置，其特徵在於所述五類線分別連接控制端模塊和彼此相鄰的各個結點控制模塊之間的兩個RJ45接口，構成數位訊號總線和模擬信號總線的物理傳輸介質。
7.根據權利要求1所述的切換控制裝置，其特徵在於所述繼電器結構是雙刀雙擲型，每個結點控制模塊上有三個繼電器，分別控制三條顯示模擬信號的雙極性信號傳輸總線的斷開或閉合，用以阻斷或釋放該結點的伺服器顯示信號與模擬信號傳輸總線的連接。
8.一種總線型鍵盤、顯示器、滑鼠切換控制裝置的控制方法，其特徵在於包括下列步驟(1)控制端模塊通過數字總線向需要進行交互控制的目的結點伺服器之前的所有結點控制模塊發出關閉繼電器指令；(2)所述各個結點控制模塊的微處理器接收到關閉指令，分別關閉各自的繼電器，並進入等待模式；(3)控制端模塊通過數位訊號總線向需要進行交互控制的目的結點控制模塊發出繼電器打開指令；(4)目的結點控制模塊的微處理器接收到打開指令，命令繼電器吸合，使本站點的伺服器顯示信號接通模擬信號總線，並進入工作模式；(5)切換到目的結點的流程結束。
9.根據權利要求8所述的控制方法，其特徵在於所述等待模式是該結點控制模塊的微處理器只監聽數位訊號總線的命令，並不向總線發送信息；同時啟動滑鼠、鍵盤仿真程序，虛擬伺服器的滑鼠、鍵盤，使得伺服器能夠探測到滑鼠、鍵盤正常工作。
10.根據權利要求8所述的控制方法，其特徵在於所述工作模式是該結點控制模塊的微處理器在本結點伺服器與控制端的滑鼠、鍵盤之間建立虛擬通路，實現該伺服器與滑鼠、鍵盤之間的通信；同時，本結點伺服器的顯示信號釋放到模擬信號總線上，實現由該結點伺服器到控制端顯示器的單向傳輸。
全文摘要
一種總線型鍵盤、顯示器、滑鼠切換控制裝置和方法，該裝置包括由模擬信號總線和數位訊號總線組成的總線，分別掛接在該總線上的一個連接有滑鼠、鍵盤和顯示器的控制端模塊和多個分別連接伺服器的結點控制模塊，其中結點控制模塊用於接收控制端模塊命令，控制該結點與模擬信號總線的斷開或閉合，阻斷或釋放該結點伺服器顯示信號與模擬信號總線的連接，使得該結點伺服器的顯示信號能夠實現由該結點到控制端的單向傳輸。該裝置設計構思新穎，電路結構簡單，降低生產成本，還提高了電路的工作可靠性。在多個伺服器結點共用一組鍵盤、顯示器、滑鼠進行輸入或輸出選擇控制的伺服器機群應用領域中，本發明具有很好的推廣應用前景。
文檔編號G06F3/023GK1670676SQ20041002948
公開日2005年9月21日 申請日期2004年3月19日 優先權日2004年3月19日
發明者於學萍, 全曉霖, 肖利民, 柳書廣, 李電森 申請人:聯想(北京)有限公司