多計算機切換器及其轉接器的製作方法

2023-04-23 09:37:26

專利名稱：多計算機切換器及其轉接器的製作方法
技術領域：
本發明關於一種多計算機切換器的管理系統與方法，特別是一種運用通用串行總 線(Universal Serial Bus、USB)標準的轉接器、管理系統與方法。
背景技術：
多計算機切換器(Keyboard-Video-Mouse Switch)可供使用者以單一組中控裝置 管理多臺被控計算機。傳統的多計算機切換器可參考宏正自動科技(ATEN International)股份有限公 司所生產的多計算機切換器產品，例如KM0432、KM0832或KN4140等。在此類傳統的多計算 機切換器中，其某些型號的轉接器(adapter)具有一 USB連接器，可與被控計算機的USB連 接埠連接，用以將來自中控裝置的USB滑鼠/鍵盤信號傳送至被控計算機。隨著虛擬媒 體(Virtual media)的需求逐漸增加，在轉接器中也必須額外增加USB人機接口裝置類別 以外其它USB裝置類別的功能，例如大量儲存裝置(Mass Storage Device)類別。請參閱圖1，在傳統技術中，具有USB連接埠的轉接器通常僅有單一個USB裝置 控制器(Device Controller) 60，所以當多計算機切換器欲提供兩個以上的USB裝置給同 一臺被控計算機90時，此USB裝置控制器60在與被控計算機主機板上90的USB主機控制 器95進行列舉(enumeration)的過程中必須以複合式裝置(composite device)的型態仿 真出兩個以上的USB 「接口」 anterface)。然而，在KVM領域的應用中，這樣的方式會導致 不同USB裝置的間的移除或是連接會彼此相互幹擾。例如當某一 USB裝置(虛擬媒體)80 經由多計算機切換器重新耦接至被控計算機90時，此USB裝置控制器60也必須重新進行 列舉。如此將會導致另一 USB裝置(鍵盤/滑鼠)70的暫時中斷而無法使用，對使用者造 成不便。另外，在傳統技術中，此種仿真的USB複合式裝置也會造成某些功能的失效。因為 依據USB協議，單一個USB裝置控制器僅能提供一組「裝置」描述元(DeviceDescriptor) 給被控計算機的USB主機控制器，而供貨商識別碼(Vendor ID ；VID)或是產品識別碼 (Product ID ；PID)位於此「裝置」描述元中，所以被控計算機並無法由單一 USB裝置控制器 取得兩組以上真正的供貨商識別碼或是產品識別碼，進而無法選擇最適當的驅動程序來控 制此USB複合式裝置的多個接口，其將導致部分功能失效或是即插即用(Plug-and-Play) 功能無法實現，使用者被迫必須以手動方式來安裝驅動程序。傳統轉接器的範例可進一步參考宏正自動科技股份有限公司所生產的KVM轉接 器產品，例如KA9170、KA7170、KA7176等，此類轉接器通常具有塑料殼體，且內含處理器芯 片/電路以及相關固件。關於上述傳統的多計算機切換器與轉接器的規格，可從宏正自動 科技股份有限公司的網站(http://www.aten. com. tw)上取得，在此不加以贅述。

發明內容
本發明的一方面在於提供一種多計算機切換器，其用於連接被控計算機的轉接器使用至少兩個獨立的USB裝置控制器(device controller)與被控計算機進行互動。本發明的另一方面在於提供一種計算機切換器，其用於連接被控計算機的轉接器 同時使用至少兩組以上不同的USB描述元與被控計算機進行互動。特別地，不同的USB描 述元可具有不同的VID (Vendor ID)及/或PID (Product ID)，而被控計算機可根據從轉接 器所接收到的VID/PID，分別激活適當的驅動程序。在本發明的實施例中，一計算機管理系統中包含一多計算機切換器、一或多個轉 接器，而中控裝置透過多計算機切換器與一轉接器耦接至一被控計算機。轉接器將多計 算機切換器耦接至一被控計算機，更進一步包含一影像轉換單元、一 USB集線器、一第一 USB裝置控制器與一第二 USB裝置控制器。影像轉換單元用以將被控計算機輸出的單端 (single-ended)影像信號轉換為差動(differential)影像信號而被傳送至多計算機切換 器。如此被控計算機與計算機切換器與之間的距離便可延伸至300-1000英呎。第一 USB裝置控制器與第二 USB裝置控制器分別經由USB集線器與被控計算機進 行通訊。當第一 USB裝置耦接至多計算機切換器時，第一 USB裝置控制器對被控計算機仿 真出第一 USB裝置，而當第二 USB裝置耦接至多計算機切換器時，第二 USB裝置控制器對被 控計算機仿真出第二 USB裝置。並且，當第一 USB裝置被移除時，若該第二 USB裝置控制器 已經耦接至該被控計算機，則該第二 USB裝置控制器不需重新進行列舉(Enumeration)過 程；當第二 USB裝置被移除時，若該第一 USB裝置控制器已經耦接至該被控計算機，則該第 一 USB裝置控制器不需重新進行列舉(Enumeration)過程。每個轉接器與多計算機切換器 之間更以一 CAT-5纜線相互連接。在另一實施例中也提出一種在上述管理系統中將中控裝置透過多計算機切換器 耦接至被控計算機的方法，其中包含下列步驟耦接第一 USB裝置至多計算機切換器時，以 第一 USB裝置控制器對被控計算機仿真出第一 USB裝置；耦接第二 USB裝置至多計算機切 換器時，以第二USB裝置控制器對被控計算機仿真出第二USB裝置；以及由影像轉換單元將 被控計算機輸出的單端影像信號轉換為差動影像信號，並傳送至多計算機切換器。通過以下的較佳實施例的敘述並配合


，本發明的目的、特徵與優點將更 為清楚。

圖1為傳統技術的仿真USB複合式裝置的架構圖；圖2A為本發明實施例中管理統的架構圖；圖2B顯示本發明實施例中轉接器的架構圖；以及圖3顯示本發明實施例中方法流程圖。
具體實施例方式圖2A顯示本發明計算機管理系統10的一實施例。此系統10包含多一多計算機 切換器110、一或多個轉接器130，用以耦接一或多臺被控計算機設備(例如個人計算機、 伺服器或是大型資料主機)150。此外，系統10可選擇性地包含一組中控模塊(Console Module) 115，用以連接一組中控裝置170 (例如鍵盤、屏幕及滑鼠)、作為虛擬媒體的USB 大量儲存裝置(USB Mass Storage Device) 180、或是智慧卡卡片閱讀機(smart cardreader) 190。此中控模塊115與多計算機切換器110之間以一 CAT-5纜線相互連接。或者 是，在沒有此中控模塊115的架構下，作為虛擬媒體的USB大量儲存裝置180、或是智慧卡卡 片閱讀機190可直接連接至此多計算機切換器110。或者是，中控裝置170可透過一中控計算機(未顯示)以及一網絡(未顯示)與 多計算機切換器110耦接。此種情況下的計算機切換器110為一具有網絡接口的多計算機 切換器(通常稱為KVM-Over-ΙΡ)，中控計算機上所執行的一管理程序使管理計算機可與多 計算機切換器110進行網絡通訊，例如使中控裝置170輸出的鍵盤/滑鼠信號被轉換為網 絡封包並經由網絡傳送至多計算機切換器110。另一方面，多計算機切換器110會將來自被 控計算機150的影像信號轉換為網絡封包後經由網絡傳送至中控計算機。如此，中控計算 機便可經由網絡管理多計算機切換器110及被控計算機150。本實施例中的多計算機切換器110可基於宏正自動科技股份有限公司所生產的 多計算機切換器產品KM0432、KM0832或KN4140等的硬體架構予以實施，但本發明不欲局 限於此。此外本發明實施例的管理系統10可包含多個多計算機切換器110以連接更多臺 的被控計算機設備150，且多個多計算機切換器110的間可以菊鏈(Daisy Chain)與堆棧 (Cascade)的方式加以連結以增加被控計算機的數目，但為了清楚說明本發明，以下實施例 中僅含有一個多計算機切換器110以及一臺被控計算機設備150，熟此技藝者應知本發明 不欲局限於此。圖2B進一步顯示本發明轉接器130的一實施例。此轉接器亦可稱為伺服器接口 模塊(Server Interface Module ；SIM) 0轉接器130的「外觀」，可類似宏正自動科技股份 有限公司所生產的轉接器產品KA9170、KA7170、或KA7176。其具有塑料殼體131，殼體131 具有與多計算機切換器110相接的連接器132 (例如RJ-45連接器)，而在殼體131的外另 有與被控計算機150相接的連接器133，並透過纜線與而殼體131中的電路(詳述於後)連 接。在一實施例中，連接器133包含一 USB Type A連接器以及一 HDB-15連接器，其中USB Type A連接器主要用來連接被控計算機的某一 USB連接埠，以傳送鍵盤/滑鼠信號至被 控計算機150，但亦可用來傳送其它的數位訊號(例如虛擬媒體信號)，而HDB-15連接器則 用來接收被控計算機150所輸出的單端影像信號，除此之外，連接器133亦可包含例如一或 多個Ministereo插頭，用以傳送及/或接收揚聲器及麥克風的音頻信號。轉接器130在殼體131中具有一 USB集線器134、一第一 USB裝置控制器(Device Controller) 135、與一第二 USB裝置控制器136、一影像轉換單元137、以及一處理器138。 影像轉換單元134透過連接器133接收被控計算機150輸出的單端(single-ended)影 像信號，並將其轉換為差動(differential)影像信號，再經由連接器132將差動影像信 號傳送至多計算機切換器150。在一較佳實施例中，影像轉換單元134包含至少一運算放 大器(Operational Amplifier)。由於轉接器130與多計算機切換器110之間的距離可 能導致影像品質的衰減，所以此轉接器130可選擇性地具有一信號產生器(未圖標)以送 出一或多個測試信號，以使多計算機切換器110或前述圖2A中的中控模塊115可因應於 此測試信號自動地對轉接器130傳來的影像信號進行補償。此信號產生器可為一震蕩器 (oscillator)0第一 USB裝置控制器135與第二 USB裝置控制器136分別連接至USB集線器 134的兩個下遊埠，進而透過連接器133與被控計算機150的USB主機控制器(未顯
6示)進行USB相關的通訊。舉例來說，USB集線器1；34可參考TexasInstruments公司 所生產的USB集線器；第一 USB裝置控制器135與第二 USB裝置控制器136則可參考 Cypress Semiconductor公司或NXP Semiconductors公司所生產的USB裝置控制器，例如 CY7C63732。而熟悉此技藝者可視需要，依據本發明的精神修改這些在市面上已可取得的 USB集線器與USB裝置控制器的軔體(firmware)，來實現本發明實施例的USB集線器134 與USB裝置控制器135、136。在一實施例中，上述的第一 USB裝置可為中控裝置170中的鍵盤與滑鼠，或是其它 USB人機接口裝置(USB HID Device)；而第二USB裝置可為USB大量儲存裝置180或是卡片 閱讀機190。較佳地，第一 USB裝置與第二 USB裝置具有不同的USB裝置類別(USB Device Class)，但第一 USB裝置與第二 USB裝置仍可為兩個同類別的USB裝置，例如為兩組以上的 鍵盤/滑鼠或是兩個不同容量的USB大量儲存裝置180。而在另外的實施例中，上述的第一 USB裝置與第二 USB裝置以可為印表機、掃描儀、擴音機、麥克風等其它USB裝置，本發明並 不欲加以限制。值得一提的是，在此實施例中，第一 USB裝置控制器135與第二 USB裝置控制器 136其固件所維持的USB描述元(descriptors)乃對於與多計算機切換器110直接或間接 耦接的一第一 USB裝置與一第二 USB裝置(例如圖2A中所示的中控裝置170、USB大量儲 存裝置180、或智慧卡卡片閱讀機190)。其中較佳地，第一 USB裝置控制器135與第二 USB 裝置控制器136其固件所維持的VID (Vendor ID)及/或PID (Product ID)乃對應於多計 算機切換器110直接或間接耦接的第一 USB裝置與第二 USB裝置。當第一 USB裝置控制器 135與第二 USB裝置控制器136分別通過其個別的裝置描述元(Device Descriptor)傳送 代表第一 USB裝置與第二 USB裝置的USB的VID及/或PID至被控計算機150之後，被控 計算機150的USB主機控制器與作業系統可藉此分別選擇適合第一 USB裝置與第二 USB裝 置的驅動程序，並執行相對應的應用程式以實現即插即用(Plug-and-Play)。通過上述的設置，雖然第一 USB裝置與第二 USB裝置並非與被控主機150的一 USB 主機控制器(未圖標)直接連接，但第一 USB裝置控制器135與第二 USB裝置控制器136 可經由列舉(Enumeration)過程對被控主機150的USB主機控制器分別仿真出第一 USB裝 置與第二 USB裝置(例如中控裝置170、USB大量儲存裝置180、或智慧卡卡片閱讀機190)。 換言之，被控計算機150會「認為」中控裝置170、USB大量儲存裝置180、或智慧卡卡片閱 讀機190與其直接連接，並且來自不同的裝置(並非一複合式裝置)，而「分別」激活相對應 的驅動程序或應用程式，並利用第一 USB裝置控制器135與第二 USB裝置控制器136各自 的端點(endpoint)進行數據傳輸。例如，第一 USB裝置控制器135與控主機150之間主要 進行中斷傳輸(Interrupt transfer)，而第二 USB裝置控制器1336與控主機150之間主 要進行巨量傳輸(Bulk transfer) 0之後亦可「分別」卸除由第一 USB裝置控制器135與第 二 USB裝置控制器136所仿真的中控裝置170、USB大量儲存裝置180、或智慧卡卡片閱讀 機190，且這些不同USB裝置的移除/連接彼此並不會互相干擾。例如，當第一 USB裝置卸 除時，第二 USB裝置仍可保持在連接(attach)的狀態。又例如，當仿真的第一 USB裝置連 接時，第二 USB裝置仍可保持在連接的狀態。換句話說，無論第一 USB裝置移除或是連接， 第二 USB裝置都不需與被控計算機150重新進行列舉過程(反之亦然)，所以使用者不會感 覺到使用上的中斷與不便。
值得注意的是，若前述連接器133具有兩個USB Type A連接器，用以連接被控計 算機150的不同USB連接埠，則前述第一 USB裝置控制器135與第二 USB裝置控制器136 便可經由被控計算機150的USB根集線器(Root Hub)與USB主機控制器進行通訊，而轉接 器130當中的集線器134便可以省略。而關於USB裝置控制器與USB主機控制器之間的互動、USB裝置類別、端 點、USB 描述元(descriptors)以及 PID/VID 的說明，可參見 Universal Serial BusSpecification(Rev. L 1 或 Rev. 2. 0)以 及 Device Class Definition for Human InterfaceDevices(HID) (Version 1. 11),上述兩文件皆可從 http://www. usb. org 下載取得。處理器138可例如是Winbond Electronics公司所製作的微控制器W90N740，其分 別耦接第一 USB裝置控制器135與第二 USB裝置控制器136。在一實施例中，處理器138用 以將第一 USB裝置控制器135或第二 USB裝置控制器136所接收來自被控計算機150的USB 信號轉換為RS232信號，而較佳地，轉接器130可更包含RS485收發器(transceiver) 139， 用以將該RS232信號(單端信號)轉換為RS485信號(差動信號)，並將RS485信號透過 連接器132傳送至多計算機切換器110。其可以Analog Devices公司所提供的ADM485來 實現。關於將RS232信號/RS485信號之間互換的技術細節，可參考http://WWW. airborn. com. au/layout/232cnv. html 或是 http://www. rmv. com/rs232-rs485-cv_mi. htm。圖3顯示本發明方法實施例的流程圖，並配合圖2A所示的系統10與圖2B所示的 轉接器130來說明本發明。在步驟300，將轉接器130分別耦接多計算機切換器110與被控 計算機150。需說明的是，在步驟300後，本流程圖中所例示的順序並不欲對本發明造成限制， 部份步驟的順序可以交換或同時進行。在步驟302，將中控裝置(屏幕、鍵盤、滑鼠)170利 用中控模塊115耦接至多計算機切換器110，而第一 USB裝置控制器135對被控計算機150 仿真出鍵盤/滑鼠170，其中第一 USB裝置控制器135將代表鍵盤/滑鼠170的一組USB 描述元(包含VID與PID等訊息)傳送至被控計算機150，被控計算機150藉此選擇適合 鍵盤/滑鼠170的驅動程序或執行相對應的應用程式。此USB描述元至少包含「裝置」描 述元(Device Descriptor)、「配置，，描述元(Configuration Descriptor)、「接 口，，描述元 (Interface Descriptor)及「端點」描述元(Endpoint Descriptor)。在此「配置」描述元 中，bNumlnterface欄位的值為1或2。步驟304中，將USB大量儲存裝置180(或卡片閱讀機190)利用中控模塊115耦 接至多計算機切換器110，而第二 USB裝置控制器136對被控計算機150仿真出USB大量儲 存裝置180 (或卡片閱讀機190)，其中第二 USB裝置控制器136將代表USB大量儲存裝置 180 (或卡片閱讀機190)的一組USB描述元(包含VID與PID等訊息)傳送至被控計算機 150，被控計算機150藉此選擇適合USB大量儲存裝置180(或卡片閱讀機190)的驅動程序 或執行相對應的應用程式。此USB描述元至少包含「裝置」描述元(Device Descriptor), 「配置」描述元(Configuration Descriptor)、「接口」 描述元(Interface Descriptor)及 「端點」描述元(Endpoint Descriptor)。在此「配置」描述元中，bNumlnterface欄位的值 為1。在步驟306，由影像轉換單元137將被控計算機150所輸出的單端影像信號轉換為差動影像信號，並使此差動影像信號被傳送至多計算機切換器110，中控模塊115或是多計 算機切換器110再將差動影像信號還原為單端影像信號，以使中控裝置170中的屏幕可以 顯示被控計算機輸出的影像。選擇性地，在步驟308中處理器137將第一 USB裝置控制器135或第二 USB裝置 控制器136所接收來自被控計算機150的USB信號轉換為RS232信號，而在步驟310中， RS485收發器139將RS232信號轉換為RS485信號，並將RS485信號傳送至多計算機切換器 110。雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何具有本發明所 屬技術領域的通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，並可 思揣其它不同的實施例，因此本發明的保護範圍當以權利要求所界定的為準。
權利要求
1.一種多計算機切換器，具有一轉接器以連接至一被控計算機，且該多計算機切換器 可由一組中控裝置所控制，該轉接器至少包含一殼體；一影像轉換單元，設置於該殼體內，用以將該被控計算機輸出的一單端影像信號轉換 為一差動影像信號，且該差動影像信號被傳送至該多計算機切換器；一 USB集線器，設置於該殼體內，；一第一 USB裝置控制器，設置於該殼體內，經由該USB集線器與該被控計算機進行通訊；一第二 USB裝置控制器，設置於該殼體內，經由該USB集線器與該計算機進行通訊；其中當一第一 USB裝置耦接至該多計算機切換器時，該第一 USB裝置控制器對該被控 計算機仿真出該第一 USB裝置，當一第二 USB裝置耦接至該多計算機切換器時，該第二 USB 裝置控制器對該被控計算機仿真出該第二 USB裝置。
2.如權利要求1所述的多計算機切換器，其特徵在於，該第一USB裝置控制器更將代 表該第一 USB裝置的一組USB描述元傳送至該被控計算機，以仿真該第一 USB裝置；且該第 二 USB裝置控制器更將代表該第二 USB裝置的一組描述元傳送至該被控計算機，以仿真該 第二 USB裝置。
3.如權利要求1所述的多計算機切換器，其特徵在於，該第一USB裝置控制器更將代表 該第一 USB裝置的VID及/或PID傳送至該被控計算機，以使該被控計算機根據該VID及 /或PID選擇一適合於該第一 USB裝置的驅動程序。
4.如權利要求1所述的多計算機切換器，其特徵在於，該第二USB裝置控制器更將代 表該第二 USB裝置的VID及/或PID傳送至該被控計算機，以使該被控計算機可因應於該 VID及/或PID選擇一適合於該第二 USB裝置的驅動程序。
5.如權利要求1所述的多計算機切換器，其特徵在於，該第一USB裝置與該第二 USB裝 置具有不同的USB裝置類別。
6.如權利要求1所述的多計算機切換器，其特徵在於，該第一USB裝置為一 USB人機接 口裝置，且其中該第二 USB裝置為一 USB大量儲存裝置或一智慧卡卡片閱讀機。
7.如權利要求1所述的多計算機切換器，其特徵在於，當該第二USB裝置自該被控計算 機移除時，若該第一 USB裝置控制器已經耦接至該被控計算機，則該第一 USB裝置控制器不 需重新進行列舉過程。
8.如權利要求1所述的多計算機切換器，其特徵在於，當該第一USB裝置自該被控計算 機移除時，若該第二 USB裝置控制器已經耦接至該被控計算機，則該第二 USB裝置控制器不 需重新進行列舉過程。
9.一種計算機管理系統，至少包含一多計算機切換器，耦接至一中控裝置；一轉接器，用以將該多計算機切換器耦接至一被控計算機，該轉接器更至少包含一影像轉換單元，用以將該被控計算機輸出的一單端影像信號轉換為一差動影像信 號，該差動影像信號被傳送至該多計算機切換器；一 USB集線器；一第一 USB裝置控制器，經由該USB集線器與該被控計算機進行通訊；一第二 USB裝置控制器，經由該USB集線器與該被控計算機進行通訊；其中當一第一 USB裝置耦接至該多計算機切換器時，該第一 USB裝置控制器對該被控 計算機仿真出該第一 USB裝置，當一第二 USB裝置耦接至該多計算機切換器時，該第二 USB 裝置控制器對該被控計算機仿真出該第二 USB裝置。
10. 一種在一計算機管理系統中將一組中控裝置透過一多計算機切換器耦接至至少一 被控計算機的方法，該計算機管理系統包含該多計算機切換器與一轉接器供該多計算機切 換器耦接至該被控計算機，該轉接器包含一影像轉換單元、一 USB集線器、一第一 USB裝置 控制器、與一第二 USB裝置控制器，該方法至少包含下列步驟(a)耦接一第一USB裝置至該多計算機切換器時，且該第一 USB裝置控制器對該被控計 算機仿真出該第一 USB裝置；(b)耦接一第二USB裝置至該多計算機切換器時，且該第二 USB裝置控制器對該被控計 算機仿真出該第二 USB裝置；以及(c)由影像轉換單元將該被控計算機所輸出的一單端影像信號轉換為一差動影像信 號，並傳送該差動影像信號至該多計算機切換器。
全文摘要
本發明公開了一種多計算機切換器及其轉接器，具有至少一個轉接器，用以將多計算機切換器耦接至一被控計算機。此轉接器至少包含一影像轉換單元、一USB集線器、一第一USB裝置控制器、與一第二USB裝置控制器。影像轉換單元用以將被控計算機輸出的單端影像信號轉換為差動影像信號而被傳送至多計算機切換器。第一USB裝置控制器與第二USB裝置控制器分別仿真出不同的USB裝置。
文檔編號G06F3/06GK102081455SQ20091025310
公開日2011年6月1日 申請日期2009年11月30日 優先權日2009年11月30日
發明者曹黨生 申請人:宏正自動科技股份有限公司