CN104571581A - 一种用于多主机共享显示设备的切换装置及切换方法 - Google Patents

Abstract

一种用于多主机共享显示设备的切换装置及切换方法，能够实现多台计算机分时共享一套显示设备，使得在具有多个计算机用户需要分时共享一套显示设备的情况下，能够利用本换装置更加轻松和便捷的实现办公自动化，并避免个人计算机因使用U盘从公用计算机处感染病毒及频繁插拔VGA接线对硬件造成的损害，操作同时也保护了个人计算机和数据安全性，并且使用方便，性价比高，更易于实现扩展。包括电源模块，嵌入式CPU及周围电路，与嵌入式CPU接口相连的局域网网卡通信模块、多路VGA信号输入及单路VGA信号输出通道和一块ROM存储芯片单元；所述的多路VGA信号输入及单路VGA信号输出通道由15个高速模拟开关构成。

Description

一种用于多主机共享显示设备的切换装置及切换方法

技术领域

本发明涉及一种用于多主机共享显示设备的切换装置及切换方法，应用于计算机人机交互接口设备共享机制。本发明可广泛用于多人讨论会议，多媒体互动教学等具有多计算机间需要共享一台显示设备如投影仪，大型显示器等环境中。

背景技术

计算机的应用现在已经成为生活中不可或缺的一部分，随着办公设备自动化程度的提高，人们从其中感受到了由此带来大大的便捷性。随着社会的进步加快，人们对办公自动化设备的要求也越来越高，以使办公自动化更加的高效。

在需要进行一些类似PPT演讲汇报等工作时，通常情况下都是需要汇报人将自己的汇报材料拷贝实现拷贝到一台连接着投影仪的公共计算机上，这样做存在着如下缺点：第一，在当今计算机病毒流行的时代，公共计算机无疑是一个病毒库，汇报人将U盘插入公共计算机后有可能会感染病毒，导致个人专用计算机也会不可避免被感染。第二，现在PPT制作软件的版本很多，如常见的Windows就存在从Office 2003系统到Office 2013 等众多版本以及现在还有国产的WPS办公软件，虽然目前计算机技术的发展能尽量做到全部兼容，但还是难免存在不足，汇报人用于制作PPT等办公文档软件和需要拷贝到公共计算机所使用的软件之间时常产生不兼容性，使公共计算机显示错乱不堪，严重影响演讲效果。另外，在一些圆桌式讨论会议上，经常也需要会议成员通过将自己随身携带的笔记本界面内容投影到一台公共显示设备上，这种情况下就不可能要求每个人将自己的文件传送到公共计算机上。

在一些具有本行业高端设备制造的大型企业或者科研单位等，通常需要为设备购买方的技术人员进行相关的技术培训，而培训方通常是希望采用一种比较经济且实体培训使用成本低的方式对技术人员进行培训。因此，他们会设计一种能够模拟机械设备工作的软件，并将该软件固化在某一专用计算机上，需要特有的权限才能够访问或者操作，被培训人员是不被允许的。这里边出现一种情况，培训师在给学员讲授PPT等时要使用个人计算机，当要演示设备工作时就要切换到专用计算机上，软件在演示模拟操作时必然也要用到投影仪，而此时的投影仪正安装在之前教学用的计算机上。因此，为了使专用计算机演示方便可以采用以下两种方式；第一，再为专用计算机连接一台投影仪；第二，将教学用的投影机拔下再连接在专用计算机上。很明显，上述两种情况均存在不足，若为每台计算机都配置一台投影仪不仅培训成本高而且设备放置也不方便；若将投影仪每次都拔下来在连接到另外一台计算机上不仅每次要关闭连接好再重启，这样不仅耗费时间而且对机器也有硬件上的损害。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于多主机共享显示设备的切换装置及切换方法，能够实现多台计算机分时共享一套显示设备，使得在具有多个计算机用户需要分时共享一套显示设备的情况下，能够利用本切换装置更加轻松和便捷的实现办公自动化，并避免个人计算机因使用U盘从公用计算机处感染病毒及频繁插拔VGA接线对硬件造成的损害，操作同时也保护了个人计算机和数据安全性，并且使用方便，性价比高，更易于实现扩展。

本发明的技术方案是：

一种用于多主机共享显示设备的切换装置，包括电源模块，嵌入式CPU及周围电路，与嵌入式CPU接口相连的局域网网卡通信模块、多路VGA信号输入及单路VGA信号输出通道和一块ROM存储芯片单元；所述的多路VGA信号输入及单路VGA信号输出通道由15个高速模拟开关构成，分别为高速模拟开关MAX4885A－MAX4885H、 MAX4885a－MAX4885g，用于实现最多30个用户的共享功能，每个高速模拟开关接一组VGA接口，每组中有二个VGA接口，分别为VGA1、VGA2接口，每个高速模拟开关输出地址、控制和数据总线信号经信号总线传至嵌入式CPU中，实现全部VGA信号的切换任务,所述VGA信号包括RGB、H/V和DDC的切换/转换；高速模拟开关MAX4885A－MAX4885H、 MAX4885a－MAX4885g最后将信号通过数据总线输出到共享显示设备的VGA接口，客户端VGA信号经高速模拟开关MAX4885A－MAX4885H一级级联、高速模拟开关MAX4885a－MAX4885d二级级联、高速模拟开关MAX4885e－MAX4885f三级级联，高速模拟开关MAX4885A—高速模拟开关MAX4885H均有一个VGA1和VGA2以及VGA0，其中VGA1和VGA2是与用户计算机VGA口相连接的接口；其输入端VGA1和VGA2信号为来自高速模拟开关MAX4885A—MAX4885H的输出VGA0信号；其中MAX4885g是末端级联，也是末端接口，其输入端VGA1和VGA2信号为来自高速模拟开关MAX4885e和MAX4885f的输出VGA0信号；高速模拟开关MAX4885g输出端与增益电路相连，经过高速模拟开关MAX4885g切换输出的信号经增益电路处理后引出该切换装置的输出端。

所述高速模拟开关由MAX4885ET3芯片、VGA1接口、VGA2接口和稳压管D1、D2构成， MAX4885ET3芯片的信号输入端R1、G1、B1、H1、V1、DDCA1、DDCB1分别接在VGA1接口的R、G、B、H、V、SDA、SCL端，VGA1接口的Gnd端接地；MAX4885ET3芯片的信号输入端R2、G2、B2、H2、V2、DDCA2、DDCB2分别接在VGA2接口的R、G、B、H、V、SDA、SCL端，VGA1接口和VGA1接口的Gnd端均接地，VGA1接口和VGA1接口的+5V端分别经过稳压二极管D1、D2后与MAX4885ET3芯片的V+、VCL端接系统VPWR端。

一种用于多主机共享显示设备的切换方法，其步骤如下：

步骤1：将切换装置输出端口与VGA设备的连接起来，同时也将每个客户端的VGA线缆分别与客户端计算机连接，将线缆另一头与切换装置的一个VGA输入端口连接；

步骤2：将切换装置的网络接口与交换机的主端口相连接，其他客户端计算机通网线分别与交换机上其他接口相连接；

步骤3：给VGA切换装置上电，直接输入220V交流电，并等待初始化结束，VGA设备将会提示完成初始化过程；

步骤4：用户安装客户端的驱动程序，安装结束后切换出驱动程序对话框；

步骤5：客户端开始向局域网内的服务器（发送握手请求信号；

步骤6：服务器端开始根据时间的先手顺序处理来自客户端的握手信号；

步骤7：握手协议建立以后，服务器端将与之通信的客户端IP进行注册，记录在服务器端的存储设备中，同时注册完一个客户端IP，就将计数器加1；

步骤8：完成上述步骤7以后，服务器端会首先将VGA设备的使用权切换到第一个前来注册的IP客户端，同时将此时VGA使用情况或状态以广播的形式通知其他在线IP客户端；

步骤9：在线的IP客户端此时可以根据自己的情况点选界面上申请使用VGA级别，所述VGA级别分为普通排队、高优先级和插队；

步骤10：服务器端收到来自客户端的请求信息后，首先是对其进行分析，区别每个请求信息级别，然后根据发来请求的时间顺序分别将其排在不同的队列中；

步骤11：完成上述步骤10后服务器端及时汇总当前请求状态和人数以及每个客户端请求所处的位置，客户端同时刷新显示；

步骤12：完成排队后，服务器端将会向此时优先级别最高的客户端发出确认使用VGA设备的信息；

步骤13：客户端收到服务器发来的确认信息后，客户端计算机将会以弹窗形式告知用户，并要求用户做出选择，继续使用或者放弃；

     <1>:若继续使用，则服务器收到确认信息，此时服务器将会向该切换装置的相应信道发出控制时能信号，使能高速模拟开关切换动作，全部切换完成；

<2>:若放弃使用VGA，则服务器收到放弃使用信号后，将会继续询问队列中下一个申请者，直到结束为止；

步骤14：上述步骤13完成后，服务器会再次广播当前使用状态，同时将申请试用者信息保存在外部ROM中；

步骤15：当有客户端结束使用时，将会第一时间通知服务器该IP客户端已经下线，此时服务器端将会从记录中删除该IP，并刷新网络以及ROM存储芯片，同时计数器减1；

步骤16：直到所有客户端下线，切换装置将会进入待机状态。

本发明的有益效果是：

该装置主要由具有多输入单输出的多主机共享显示设备装置本身及装置壳体构成，采用MAX4885高速模拟开关作为切换芯片则可以很好的解决现有技术存在的上述问题，并且可实现快速切换，不损害硬件。同时本发明设计改进了传统相似切换装置切换工作方式，将传统装置手动按钮切换方式改进设计为使用户能够在每一台需要共享的个人计算机终端上通过软件就可以进行共享设备申请和使用。因此设计中专门为装置设计了终端服务软件，这是与传统设计的最大不同之处。

能够实现多台计算机分时共享一套显示设备，使每个用户软件在层面就可以申请使用投影设备，更加轻松和便捷的实现办公自动化不需要像传统设备那样需要在切换器上点按按钮才可以切换投影仪使用情况；通过该切换装置可以扩大到更多的用户层面，即通过扩展切换器硬件电路接口即可实现，且软件具有一定的兼容性，基本不必修改，用户不需要拷贝文件到公共计算机，也不需频繁插拔VGA接线到演讲人个人计算机上和演讲人频繁离开座位等情况，并避免个人计算机因使用U盘从公用计算机处感染病毒及频繁插拔VGA接线对硬件造成的损害，极大地方便了用户，使会议更加高效，性价比高，更易于实现扩展。

附图说明

图1是本发明的切换装置电路框图；

图2是高速模拟开关MAX4885部分电路原理图；

图3是VGA信号拓扑结构图；

图4是该切换装置应用连接图；

图5是采用该切换装置的切换控制流程图：

图6是客户端初始化程序流程图；

图7是服务器端初始化流程图；

图8是客户端和服务器端信息交互流程图。

具体实施方式

本发明设计主要分为硬件设计和用户端驱动软件两大部分。硬件设计部分主要完成切换器装置电路的设计以及接口连接等，其中电路部分采用嵌入式芯片作为控制CPU，因此硬件部分也包含了芯片内部硬件底层驱动程序设计这一部分；其次为了满足应用环境，还需要将所有用户端电脑以及本发明中的切换装置通过一个交换机关联起来，从而形成一个局域网络。用户端驱动软件部分主要解决用户切换命令的发起以及根据用户的工作环境的实际情况进行设置的功能，需要解决以下几个方面的问题，首先，自动为用户分配局域网络IP地址，用于切换装置识别每个用户计算机身份；其次，可以通过驱动软件界面观察到当前投影仪的使用者；再次，用户可以通过点按软件界面上的按钮申请使用投影仪，并可以看到当前自己所在排队位置。当然，当轮到用户使用投影仪时，会弹出对话框要求用户做出选择，如确定和放弃使用投影仪等，随后用户的选择信息会被发送到切换器中，并依此做出正确指令。

如图1所示，该切换装置主要包括电源模块，局域网网卡通信模块，多路VGA信号输入及单路VGA信号输出通道，嵌入式CPU及周围电路，多路VGA信号输入及单路VGA信号输出通道，一块ROM存储芯片单元，VGA信号软切换单元。各个单元模块协调工作共同完成分析，决策和执行切换动作。

电源模块提供5V、3.3V电压，嵌入式CPU的供电电压为3.3V直流电。

使用时，局域网网卡通信模块通过将其和所有用户组的网络接口与交换机相连接。

ROM存储芯片作为CPU以外的一个存储单元，本实施例采用AT24C02芯片,利用IIC串行总线形式与CPU通信。

多路VGA信号输入及单路VGA信号输出通道由多个高速模拟开关构成，每个高速模拟开关接一组VGA接口，每组中有二个VGA接口，每个高速模拟开关输出地址、控制和数据总线信号经信号总线传至嵌入式CPU中，可以根据需要进行相应的扩展，实现全部VGA视频的切换任务,这些信号包括RGB、H/V和DDC的切换/转换。本实施例中切换装置共用到了15个高速模拟开关，用于实现30个用户的共享功能，。实际上每个高速模拟开关的功能相当于一个2选1选择开关，通过嵌入式CPU控制高速模拟开关选择信号达到切换的目的，本发明将所有的高速模拟开关的使能信号和控制信号均由CPU芯片控制，在进行切换动作之前需要经过CPU进行分析和运算来确定使能哪一个高速模拟开关使能端，以及对该芯片的某一被选VGA信号输入端给出选择信号，这两个重要信号给定后，高速模拟开关将会自动的将VGA接口的所有模拟信号（包括RGB色彩）快速的切换至唯一输出口，这样就实现了VGA信号的信道切换功能。

如图3所示，本实施例中高速模拟开关由MAX4885ET3芯片、VGA1接口、VGA2接口和稳压管D1、D2构成， MAX4885ET3芯片的信号输入端R1、G1、B1、H1、V1、DDCA1、DDCB1分别接在VGA1接口的R、G、B、H、V、SDA、SCL端，VGA1接口的Gnd端接地；MAX4885ET3芯片的信号输入端R2、G2、B2、H2、V2、DDCA2、DDCB2分别接在VGA2接口的R、G、B、H、V、SDA、SCL端，VGA1接口和VGA1接口的Gnd端均接地，VGA1接口和VGA1接口的+5V端分别经过稳压二极管D1、D2后与MAX4885ET3芯片的V+、VCL端接系统VPWR（电源）端相连。

在本发明中，所有VGA接口的模拟信号都没有经过CPU内部进行处理，CPU仅仅是对（能切换VGA信号的）MAX4885的数字信号控制端给出命令。由于本发明的CPU是数字处理器，且本身位数不高，如果要处理VGA模拟视频信号比较困难；从另一个角度讲，如果VGA信号经过CPU处理了，将会降低信号的保真度，效果也不理想；同时，CPU的运算负荷也大大增加了。本发明采用MAX4885高速模拟开关作为切换芯片则可以很好的解决上述问题，并且可实现快速切换，不损害硬件。

VGA1、VGA2接口为信号的输入端，图中MAX4885高速模拟开关左边是双通道的RGB模拟信号输入端以及控制端EN和SEL,这两个控制端信号分别起到芯片使能和信号通道选择功能，这两个引脚信号均与嵌入式CPU STM32F103X的I/O引脚相连，由嵌入式CPU（型号为 STM32F103X）给定，如当SEL=0且EN=0时，则芯片将会自动将VGA1通道的视频信号切换到输出端口即此时高速模拟开关的输出端与输入之间的关系为R_1234=R1，G_1234=G1，B_1234=B1，H_COM=H1，V_COM=V1，SDA_COM=DDCA1，SCL_COM=DDCB1。如当SEL=1且EN=0时，芯片将会自动将VGA2通道的视频信号切换到输出端口，即此时高速模拟开关的输出端与输入之间的关系为R_1234=R2，G_1234=G2，B_1234=B2，H_COM=H2，V_COM=V2，SDA_COM=DDCA2，SCL_COM=DDCB2。而当EN被CPU置为1时，无论SEL为何值MAX4885高速模拟开关芯片均不能切换。图2中P1和P2分别是与用户计算机相连接的VGA接口。

图2仅仅是本发明中用到的16个高速模拟开关电路原理图之一，实际上其他15个高速模拟开关的连接方式是相同的，故省略不再赘述。这些高速模拟开关（MAX4885A－MAX4885H、 MAX4885a－MAX4885g）最后将信号通过数据总线输出到共享显示设备的VGA接口。客户端VGA信号经高速模拟开关MAX4885A－MAX4885H一级级联、高速模拟开关MAX4885a－MAX4885d二级级联、高速模拟开关MAX4885e－MAX4885f三级级联，VGA级联过程的拓扑结构如下图3所示。图3中高速模拟开关MAX4885A—高速模拟开关MAX4885H均有一个VGA1和VGA2以及VGA0，其中VGA1和VGA2是与用户计算机VGA口相连接的接口；其中其输入端VGA1和VGA2信号为来自高速模拟开关MAX4885A—MAX4885H的输出VGA0信号；其中MAX4885g是末端级联，也是末端接口，其输入端VGA1和VGA2信号为来自高速模拟开关MAX4885e和MAX4885f的输出VGA0信号，随后高速模拟开关MAX4885g的输出信号需要进行处理。

经过高速模拟开关MAX4885g切换输出的信号与增益电路相连，经增益电路处理，可改善视频信号的增益差和相位差，增加信号的保真度。

拓扑结构中VGA信号从输入到输出的路径选择，如图3的VGA信号拓扑结构中所示，拓扑结构中每个高速模拟开关均给出控制信号L2_SEL_X和EN12_X（如图2所示）,这里X为（A,B,C,D,E,F,G,H,a,b,c,d,e,f,g）。这些控制信号均与嵌入式CPU的I/O引脚相连接，由嵌入式CPU根据决策结果选择需要的输出路径。如，在图3中虚线箭头所示为选择VGA1为终端输入信号，将其输出到共享显示设备上，控制过程如下，嵌入式CPU首先将L2_SEL_A=0(选择VGA1), L2_SEL_a=1（选择高速模拟开关MAX4885a的VGA1接口）, L2_SEL_e=1(选择高速模拟开关MAX4885e的VGA2), L2_SEL_g=0(选择高速模拟开关MAX4885g的VGA1),然后将上述各个级联的高速模拟开关MAX4885全部同时使能，实现了VGA信号从输入到输出的路径选择，完成一次输出设备共享。

 本发明采用的是嵌入式芯片作为处理器，作为本切换装置的核心单元，处理器主要起到中间桥梁作用，主要完成以下功能:通过网卡与局域网内的用户终端计算机进行通信并通过网络接口将当前VGA状态信息发送给各个用户终端，同时接收用户终端的请求信息并及时进行分析和处理；将当前VGA使用者信息（如IP）保存在外部ROM存储器中，同时也会将其他用户请求序列信息保存在ROM存储芯片中；处理器在经过分析后，将会向切换装置的执行模块即高速模拟开关组发出切换动作指令；一次切换动作结束后处理器将会及时将当前状态反映给各个用户。

如图4、图3所示，该切换装置和共享显示设备（投影仪）之间通过一条VGA电缆连接，该切换装置通过另外一条VGA电缆与放置在会议桌上的多台用户笔记本相连接，实际上本发明的切换装置可以视为一种多路开关选择器。

步骤如下：

步骤1：将切换装置输出端口与VGA设备（如投影仪）的连接起来，同时也将每个客户端的VGA线缆分别与客户端计算机（笔记本）连接，将线缆另一头与切换装置的一个VGA（VGA1,VGA2….）输入端口连接；

步骤2：将切换装置的网络接口与交换机的主端口相连接，其他客户端计算机通网线分别与交换机上其他接口相连接；

步骤3：给VGA切换装置上电，直接输入220V交流电，并等待初始化结束，VGA设备将会提示完成初始化过程；

步骤4：用户安装客户端的驱动程序，安装结束后切换出驱动程序对话框。

步骤5：客户端开始向局域网内的服务器（切换装置）发送握手请求信号；

步骤6：服务器端开始根据时间的先手顺序处理来自客户端的握手信号；

步骤7：握手协议建立以后，服务器端将与之通信的客户端IP进行注册，记录在服务器端的存储设备中，同时注册完一个客户端IP，就将计数器加1；

步骤8：完成上述步骤7以后，服务器端会首先将VGA设备的使用权切换到第一个前来注册的IP客户端，同时将此时VGA使用情况或状态以广播的形式通知其他在线IP客户端；

步骤9：在线的IP客户端此时可以根据自己的情况点选界面上申请使用VGA级别，所述VGA级别分为普通排队、高优先级和插队；

步骤10：服务器端收到来自客户端的请求信息后，首先是对其进行分析，区别每个请求信息级别，然后根据发来请求的时间顺序分别将其排在不同的队列中；

步骤11：完成上述步骤10后服务器端及时汇总当前请求状态和人数以及每个客户端请求所处的位置，客户端同时刷新显示；

步骤12：完成排队后，服务器端将会向此时优先级别最高的客户端发出确认使用VGA设备的信息；

步骤13：客户端收到服务器发来的确认信息后，客户端计算机将会以弹窗形式告知用户，并要求用户做出选择，继续使用或者放弃；

      <1>:若继续使用，则服务器收到确认信息，此时服务器将会向该切换装置的相应信道发出控制时能信号，假设此时需要从VGA1切换到VGA4，则嵌入式CPU将会首先使L2_SEL=1选择 VGA6信道，间隔数为秒后使 芯片MAX4885的EN=0，即使能芯片切换动作，全部切换完成。

<2>:若放弃使用VGA，则服务器收到放弃使用信号后，将会继续询问队列中下一个申请者，直到结束为止；

步骤14：上述步骤步骤13完成后，服务器会再次广播当前使用状态，同时将申请试用者信息（IP）保存在外部ROM中。

步骤15：当有客户端结束使用时，将会第一时间通知服务器该IP客户端已经下线，此时服务器端将会从记录中删除该IP，并刷新网络以及ROM存储芯片，同时计数器减1；

步骤16：直到所有客户端下线，切换装置将会进入待机状态。

如图5所示，嵌入式CPU决策、控制过程如下：

步骤1：上电后初始化嵌入式CPU的内部寄存器和存储空间，并为外部设备分配I/O口空间；

步骤2：初始化局域网网卡通信模块，布置网络通信参数；同时对外部存储器进行初始化，分配参数的存储地址及空间大小；

步骤3：上述步骤2中初始化结束后，嵌入式CPU开始检测局域网内用户数量，并为每个用户终端分别分配局域网段内的专属IP地址；

步骤4：对步骤3循环操作，直到所有用户地址分配结束；

步骤5：初始化VGA视频输出端信号，并将信道切换到IP段最前面的用户计算机；

步骤6：检测用户组的请求信息，并对检测到的信息进行分析和处理；

步骤7：若检测到来自客户端的有效性请求信息，则嵌入式CPU向该客户端发出确认信号，得到客户端用户确认后才进行后续操作；

步骤8：嵌入式CPU执行VGA信道切换动作，则此时步骤7中用户获得VGA设备使用权限；

步骤9：嵌入式CPU向用户刷新当前状态信息，并将刷新后的数据保存到外部ROM存储器中，并覆盖历史数据；

步骤10: 继续监听和等待局域网内的请求信息；

本发明与传统切换装置的另外一个不同之处在于，只要在计算机上安装切换装置的客户端驱动软件，就可以实现VGA设备（如投影仪）的自动化切换，不需要像传统设备那样需要手动按下切换装置上的按键；同时，用户端可以通过客户端软件界面了解到当前VGA设备的申请使用情况，以及自己当前所处位置，为用户做好准备提供了方便；同时，本软件也具备特殊情况优先级申请的功能，即如果某个用户经过同意后允许插队使用VGA设备后，用户可以通过点按软件界面的“插队”按钮实现；前面已经提到过，硬件CPU要切换VGA信道，需要事先向用户端发出“确认”信息，此时软件会自动弹出对话框询问用户是否继续使用还是放弃。总之，软件的设计大大方便了具有视频（VGA设备）接口设备，在需要分时共享的场合办公自动化程度，节约了大量时间。设计中采用的是Visual Basic 编程语言，通过调用内部的WinSock空间实现局域网内通信，软件设计主要分为客户端和服务器端两大部分。

如图6所示，客户端初始化过程如下：

步骤1：初始化客户端驱动程序，加载程序界面，并设置通信控件属性值；

步骤2：设置客户端IP地址及网络通信监听端口参数；

步骤3：向服务器端发出连接请求，进行通信前握手协议的建立；

步骤4：步骤3握手成功后，服务器端提示有用户IP上线，随后进行客户端和服务器端互传数据；

步骤5：客户端循环监听服务器端发来的连接请求，直到请求成功，并再次建立连接，随后客户端接收来自服务器端的数据信息；

如图7所示，服务器端初始化过程如下：

步骤1：设置本地服务器端IP地址，并对局域网内的客户请求信息进行监听；

步骤2：若有客户端发来连接请求，则应答该IP客户端请求，并将客户端请求计数器加1；

步骤3：接收来自IP客户端的请求信息，并对请求数据信息进行分析；

步骤4：若某一客户端IP是第一次发出请求，则服务器将其IP保存到通信记录中，完成客户端注册；

步骤5：完成步骤4后，服务器向所有在线客户端广播当前VGA使用状态信息；

首先向服务器端发出握手请求连接，通知服务器该IP客户端已经上线，使服务器能够将其记录下来并在广播数据信息时将其作为接收方之一。

服务器端通信初始化主要完成客户端IP注册，统计在线客户数量和状态，随后将切换装置的当前状态以广播的形式发送已经注册的IP客户端。当客户端和服务器端通信初始化结束后，客户端可以向服务器端发出申请使用VGA设备请求，这一请求包括多种形式，视实际情况而定；同时服务器端将会接收每个发来请求的客户端请求信息，并解析请求级别，普通客户请求则按照发来请求时间先后顺序排队，若发来多个高级请求则也是按照时间先后排队，但是这些高级请求优先级均高于普通客户端；高优先级使用完毕后，普通客户端才按照先后顺序依次轮询；考虑到某些特殊情况，客户端还具备插队功能。

客户端（用户笔记本）和服务器端（嵌入式CPU）是双向通信的，不仅客户端可以向服务器发送数据，同时服务器端也可以向客户端发送数据。

如图8所示，客户端和服务器端信息交互流程如下：

步骤1：客户端与服务器端建立握手协议成功，并开始双向通信；

步骤2：服务器解析来自客户端的请求信息，有三种请求形式；

      普通请求：

       步骤<1>:将该IP地址列入正常队列中；

       步骤<2>:按照队列的时间先后顺序依次切换VGA的使用权限；

      高级请求：

       步骤<1>:将该IP地址列入高级请求队列中；

       步骤<2>:在高优先级队列中按照IP请求的时间先后顺序依次切换        VGA的使用权限；

       步骤<3>:确定高优先级队列使用结束后，将VGA使用权限切换到普通请求队列的步骤<2>中；

     插队请求：

      步骤<1>:使用插队请求的IP客户端，要询问当前使用者是否同意；

      步骤<2>:若步骤步骤<1>获得同意，则可以即时获得VGA使用权限。

步骤3：服务器向各个客户端广播当前VGA使用状态及队列信息；

实际上，在整个客户端和服务器端交互的过程中，信息都是在即时刷新的。使用户能够在第一时间了解到当前使用状态。服务器端也会将每次状态变化情况保存到外部ROM存储器中，特别是当前使用者的IP信息。目的为了防止发生突然断电或者停机时，再次上电后能够继续之前客户端的使用。

 如果在使用中由某一个客户端需要下线，则客户端软件会第一时间向服务器端发出信息，告知服务器端该IP客户端已经下线；随后服务器端将会把此IP信息从在线注册用户记录中删除，并将计数器减1，在以后的广播中或双向通信中，服务器端将不会再向该下线IP发出请求等信息。直到所有用户下线为止。

本发明采用的是TCP通信协议，因此将切换装置设计为服务器端，用户设计为客户端。构建的局域网可以只有切换装置一直在线，其他计算机才能在该局域网内正常通信，反之则不可以。

 一、   工作过程

在前面已经分部的介绍了本发明的工作流程，包括切换装置硬件部分和客户端软件等。本部分将会把两部分结合起来，从整个切换器系统的角度阐述工作过程。

步骤如下：

步骤1：将切换装置输出端口与VGA设备（如投影仪）的连接起来，同时也将每个客户端的VGA线缆分别与客户端PC连接，将线缆另一头与切换装置的一个VGA（VGA1,VGA2….）输入端口连接。

步骤2：将切换装置的网络接口与交换机的主端口相连接，其他客户端计算机通网线分别与交换机上其他接口相连接。

 步骤3：给VGA切换装置上电，直接输入220V交流电。并等待初始化结束，VGA设备将会提示完成初始化过程。

步骤4：用户安装客户端的驱动程序，安装结束后切换出驱动程序对话框。

步骤5：客户端开始向局域网内的服务器（切换装置）发送握手请求信号。

步骤6：服务器端开始根据时间的先手顺序处理来自客户端的握手信号。

 步骤7：握手协议建立以后，服务器端将与之通信的客户端IP进行注册，记录在服务器端的存储设备中，同时注册完一个客户端IP，就将计数器加1。

步骤8：完成上述步骤7以后，服务器端会首先将VGA设备的使用权切换到第一个前来注册的IP客户端。同时将此时VGA使用情况或状态以广播的形式通知其他在线IP客户端。

 步骤9：在线的IP客户端此时可以根据自己的情况点选界面上申请使用VGA级别（如，普通排队，高优先级或者插队）。

步骤10：服务器端收到来自客户端的请求信息后，首先是对其进行分析，区别每个请求信息级别，然后根据发来请求的时间顺序分别将其排在不同的队列中。

步骤11：完成上述步骤10后服务器端将会及时汇总当前请求状态和人数以及每个客户端请求所处的位置；客户端此时也会刷新显示。

 步骤12：完成排队后，服务器端将会向此时优先级别最高的客户端发出确认使用VGA设备的信息。

步骤13：客户端收到服务器发来的确认信息后，软件将会以弹窗形式告知用户，并要求用户做出选择（如，继续使用或者放弃）

      <1>:若继续使用，则服务器收到确认信息，此时服务器将会向图2红色框内的相应信道发出控制时能信号。假设此时需要从VGA1切换到VGA4，则CPU将会首先使L2_SEL=1选择 VGA6信道，间隔数为秒后使 芯片MAX4885的EN=0，即使能芯片切换动作，全部切换完成。

 <2>:若放弃使用VGA，则服务器收到放弃使用信号后，将会继续询问队列中下一个申请者，直到结束为止。

 步骤14：上述步骤步骤13完成后，服务器会再次广播当前使用状态，同时将申请试用者信息（IP）保存在外部ROM中。

 步骤5：当有客户端结束使用时，将会第一时间通知服务器该IP客户端已经下线，此时服务器端将会从记录中删除该IP，并刷新网络以及ROM，同时计数器减1。

 步骤16：直到所有客户端下线，切换装置将会进入待机状态。

 该装置能够实现对VGA信号的完美切换，并能够在硬件电路切换信道过程中实现RGB模拟信号的自动增益补偿以及幅值偏差的校正问题，同时设计的电路中加入ESD安全控制功能，使该装置具备更加稳定的使用效果。

针对现存类似产品的使用时出现的问题，即经常需要手动点按切换装置上的手动切换按钮才能实现切换功能。对此，本发明通过在局域网内开发客户端软件界面程序，能够实现用户自申请的使用功能，且用户可以全程了解VGA设备使用情况，同时也加入了一些人性化考虑如高优先级队列以及插队等功能，使得使用更加灵活；另外，设计中的客户端软件每次再要进行切换之前会先提醒用户是否继续使用，征得同意后才会将用户的VGA信道切换给显示设备，这在一定程度上起到了为用户保护隐私的作用。

1、本发明设计适用于小型会议中，一般情况下在有人数不多的讨论会中，需要每个与会人员都要进行讲解，同时也会向众人展示相关的文件资料或者图片数据等。使用者只需要在自己的座位上就可以展示本机屏幕信息，简单方便，且本身该切换装置成本低。

2、在一些具有本行业高端设备制造的大型企业或者科研单位等，通常需要为设备购买方的技术人员进行相关的技术培训，而培训方通常是希望采用一种比较经济且实体培训使用成本低的方式对技术人员进行培训。因此，他们会设计一种能够模拟机械设备工作的软件，并将该软件固化在某一专用计算机上，只有需要特有的权限才能够访问或者操作，被培训人员是不被允许的。此时只需要将本装置连接到专用计算机上，就可以实现企业的培训和保密目的。

3、因为现在PPT制作软件的版本过多，如常见的Windows就存在从Office 2003系统到Office 2013 等众多版本以及现在还有国产的WPS办公软件，虽然在尽量做到全部兼容，但还是难免存在不尽人意之处，所以，这就为演讲人用于制作PPT等办公文档软件和需要拷贝到公共计算机所使用的软件之间产生了不兼容性，使公共计算机显示错乱不堪，严重影响演讲效果。在这种情况下使用本发明装置完全可以解决此类问题。

Claims (3)

1.一种用于多主机共享显示设备的切换装置，其特征是：包括电源模块，嵌入式CPU及周围电路，与嵌入式CPU接口相连的局域网网卡通信模块、多路VGA信号输入及单路VGA信号输出通道和一块ROM存储芯片单元；所述的多路VGA信号输入及单路VGA信号输出通道由15个高速模拟开关构成，分别为高速模拟开关MAX4885A－MAX4885H、 MAX4885a－MAX4885g，用于实现最多30个用户的共享功能，每个高速模拟开关接一组VGA接口，每组中有二个VGA接口，分别为VGA1、VGA2接口，每个高速模拟开关输出地址、控制和数据总线信号经信号总线传至嵌入式CPU中，实现全部VGA信号的切换任务,所述VGA信号包括RGB、H/V和DDC的切换/转换；高速模拟开关MAX4885A－MAX4885H、 MAX4885a－MAX4885g最后将信号通过数据总线输出到共享显示设备的VGA接口，客户端VGA信号经高速模拟开关MAX4885A－MAX4885H一级级联、高速模拟开关MAX4885a－MAX4885d二级级联、高速模拟开关MAX4885e－MAX4885f三级级联，高速模拟开关MAX4885A—高速模拟开关MAX4885H均有一个VGA1和VGA2以及VGA0，其中VGA1和VGA2是与用户计算机VGA口相连接的接口；其输入端VGA1和VGA2信号为来自高速模拟开关MAX4885A—MAX4885H的输出VGA0信号；其中MAX4885g是末端级联，也是末端接口，其输入端VGA1和VGA2信号为来自高速模拟开关MAX4885e和MAX4885f的输出VGA0信号；高速模拟开关MAX4885g输出端与增益电路相连，经过高速模拟开关MAX4885g切换输出的信号经增益电路处理引出该切换装置的输出端。

2.根据权利要求1所述的一种用于多主机共享显示设备的切换装置，其特征是：所述高速模拟开关由MAX4885ET3芯片、VGA1接口、VGA2接口和稳压管D1、D2构成， MAX4885ET3芯片的信号输入端R1、G1、B1、H1、V1、DDCA1、DDCB1分别接在VGA1接口的R、G、B、H、V、SDA、SCL端，VGA1接口的Gnd端接地；MAX4885ET3芯片的信号输入端R2、G2、B2、H2、V2、DDCA2、DDCB2分别接在VGA2接口的R、G、B、H、V、SDA、SCL端，VGA1接口和VGA1接口的Gnd端均接地，VGA1接口和VGA1接口的+5V端分别经过稳压二极管D1、D2后与MAX4885ET3芯片的V+、VCL端接系统VPWR端。

3.一种用于多主机共享显示设备的切换方法，其特征是： 

步骤1：将切换装置输出端口与VGA设备的连接起来，同时也将每个客户端的VGA线缆分别与客户端计算机连接，将线缆另一头与切换装置的一个VGA输入端口连接；

步骤2：将切换装置的网络接口与交换机的主端口相连接，其他客户端计算机通网线分别与交换机上其他接口相连接；

步骤3：给VGA切换装置上电，直接输入220V交流电，并等待初始化结束，VGA设备将会提示完成初始化过程；

步骤4：用户安装客户端的驱动程序，安装结束后切换出驱动程序对话框；

步骤5：客户端开始向局域网内的服务器（发送握手请求信号；

步骤6：服务器端开始根据时间的先手顺序处理来自客户端的握手信号；

步骤7：握手协议建立以后，服务器端将与之通信的客户端IP进行注册，记录在服务器端的存储设备中，同时注册完一个客户端IP，就将计数器加1；

步骤8：完成上述步骤7以后，服务器端会首先将VGA设备的使用权切换到第一个前来注册的IP客户端，同时将此时VGA使用情况或状态以广播的形式通知其他在线IP客户端；

步骤9：在线的IP客户端此时可以根据自己的情况点选界面上申请使用VGA级别，所述VGA级别分为普通排队、高优先级和插队；

步骤10：服务器端收到来自客户端的请求信息后，首先是对其进行分析，区别每个请求信息级别，然后根据发来请求的时间顺序分别将其排在不同的队列中；

步骤11：完成上述步骤10后服务器端及时汇总当前请求状态和人数以及每个客户端请求所处的位置，客户端同时刷新显示；

步骤12：完成排队后，服务器端将会向此时优先级别最高的客户端发出确认使用VGA设备的信息；

步骤13：客户端收到服务器发来的确认信息后，客户端计算机将会以弹窗形式告知用户，并要求用户做出选择，继续使用或者放弃；

     <1>:若继续使用，则服务器收到确认信息，此时服务器将会向该切换装置的相应信道发出控制时能信号，使能高速模拟开关切换动作，全部切换完成；

<2>:若放弃使用VGA，则服务器收到放弃使用信号后，将会继续询问队列中下一个申请者，直到结束为止；

步骤14：上述步骤13完成后，服务器会再次广播当前使用状态，同时将申请试用者信息保存在外部ROM中；

步骤15：当有客户端结束使用时，将会第一时间通知服务器该IP客户端已经下线，此时服务器端将会从记录中删除该IP，并刷新网络以及ROM存储芯片，同时计数器减1；

步骤16：直到所有客户端下线，切换装置将会进入待机状态。