CN107748626B - 基于可编程片上系统的ps/2键盘鼠标切换和监测设备 - Google Patents

基于可编程片上系统的ps/2键盘鼠标切换和监测设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于可编程片上系统的PS/2键盘鼠标切换和监测设备，涉及计算机技术领域。本发明采用先进的可编程片上系统(SOPC)技术，设计一种PS/2键盘鼠标切换和监测设备。使得至少64台计算机个体构成的智能群落能够切换使用一套PS/2键盘鼠标，并且该设备能够监测并转发各个计算机键盘鼠标接口往来数据，可用于监测和窃听。

Description

基于可编程片上系统的PS/2键盘鼠标切换和监测设备
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种基于可编程片上系统的PS/2键盘鼠标切换和监测设备。
背景技术
现有的PS/2键盘鼠标切换装置采用单片机为处理核心，运算能力相对较低，当需要切换的计算机数量超过16台，不能满足使用需求。并且现有的PS/2键盘鼠标切换装置，只具有切换功能(即多个计算机切换使用一套PS/2键盘鼠标)，而不具备监测并转发各个计算机键盘鼠标接口往来数据的功能。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何实现16台以上的计算机个体构成的智能群落能够切换使用一套PS/2键盘鼠标，能够监测并转发各个计算机键盘鼠标接口往来数据。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于可编程片上系统的PS/2键盘鼠标切换和监测设备，包括：设备壳体1和SOPC控制板2，其中，SOPC控制板2上装配有SOPC芯片3，SOPC芯片3中包括处理器模块4、PS/2主设备模块5、PS/2从设备模块6、指示灯以及切换开关控制模块7、监测模块8和总线互联逻辑模块9；
所述设备壳体1用于保护和固定其中的SOPC控制板2，设备壳体1装配有PS/2连接器用于连接至少16台计算机以及一套PS/2键盘鼠标，还装配有切换选择按钮和工作指示灯；
所述SOPC控制板2是一块电路板，SOPC控制板2用于为SOPC芯片3的正常工作提供支持，并对SOPC芯片3的引脚提供静电放电保护，为SOPC芯片3提供额定的工作电压；
所述SOPC芯片3用于采用可编程逻辑技术把处理器模块4、PS/2主设备模块5、PS/2从设备模块6、指示灯以及切换开关控制模块7、监测模块8和总线互联逻辑模块9放到一块硅片上，在SOPC芯片3内部，例化了所述处理器模块4；
所述处理器模块4用于根据指示灯以及切换开关控制模块7中的切换开关，判断当前应该让所述至少16台计算机中的哪一台计算机使用PS/2键盘鼠标，然后点亮对应的指示灯以及切换开关控制模块7中的指示灯；控制PS/2主设备模块5完成对PS/2键盘鼠标的初始化，以及接收来自PS/2键盘鼠标的数据；控制PS/2从设备模块6对所述至少16台计算机的PS/2接口的初始化作出响应，使得所述至少16台计算机能够判断出自身连接了PS/2键盘鼠标从而正常进入操作系统，同时将PS/2键盘鼠标的数据完整地传送给所述至少16台计算机中被算中使用PS/2键盘鼠标的那一台；以及控制监测模块8将监听到的数据通过串口向外界输出；
所述PS/2主设备模块5连接在APB总线上，用于实现PS/2主设备的功能，可控制外界的所述PS/2键盘鼠标，将SOPC芯片3内部产生的命令发送给所述PS/2键盘鼠标，或接收所述PS/2键盘鼠标发出的数据；
所述PS/2从设备模块6连接在APB总线上，用于实现PS/2从设备的功能，可接收外界计算机PS/2接口发送的命令，或将SOPC芯片3内部待发送的PS/2数据发送给计算机的PS/2接口；
所述指示灯以及切换开关控制模块7连接在APB总线上，可接收处理器模块4发送的控制命令，控制设备壳体1上的切换开关和状态指示灯；
所述监测模块8接在APB总线上，用于监听APB总线上来自各个模块的数据，并将这些数据分类汇总，通过串口实时地发送出去；
所述总线互联逻辑模块9用于将实现与处理器模块4连接的AXI总线到APB总线接口的互联。
优选地，所述PS/2主设备模块5具体用于实现如下流程：系统上电复位后，apb_ps2_host模块进入IDLE_STATE状态，在该状态下判断是有待发送的命令且PS/2主设备5空闲是否成立，如果成立则进入TX_PULSE_STATE状态，在TX_PULSE_STATE状态停留一个时钟周期便进入JUDGE_STATE状态，以便驱动PS/2主设备模块5开始发送命令，在JUDGE_STATE状态中，将判断命令是否发送完毕或者是否发送错误，若PS/2主设备模块5发送完毕则进入TX_DONE_STATE状态，在TX_DONE_STATE状态停留一个时钟周期便进入DELAY_STATE状态，使下一个待发送的命令冒出来，而后由DELAY_STATE状态回到IDLE_STATE状态，如果在JUDGE_STATE状态中，出现发送错误，则直接回到IDLE_STATE状态，继续发送上次未能发送成功的命令。
优选地，所述PS/2从设备模块6具体用于实现以下流程：
系统上电复位后，apb_ps2_dev模块进入IDLE_STATE状态，在该状态下判断有待发送的数据且PS/2从设备模块6空闲是否成立，如果成立则进入TX_PULSE_STATE状态，在TX_PULSE_STATE状态停留一个时钟周期便进入JUDGE_STATE状态，在JUDGE_STATE状态中，判断数据是否发送完毕或者是否发送错误，如果发送完毕则进入TX_DONE_STATE状态，在TX_DONE_STATE状态一个时钟周期便进入DELAY_STATE状态，使下一个待发送的数据冒出来，而后由DELAY_STATE状态回到IDLE_STATE状态，如果在JUDGE_STATE状态中，由于发送错误进入WAIT_STATE状态，则等待PS/2从设备模块6空闲后再回到IDLE_STATE状态，以便继续发送上次未能发送成功的数据。
优选地，所述处理器模块4使用Xilinx公司的Microblaze软核处理器模块。
优选地，所述设备壳体1装配有PS/2连接器用于连接至少64台计算机。
优选地，所述SOPC控制板2上焊接有SOPC芯片3。
(三)有益效果
本发明采用先进的可编程片上系统(SOPC)技术，设计一种PS/2键盘鼠标切换和监测设备。使得至少64台计算机个体构成的智能群落能够切换使用一套PS/2键盘鼠标，并且该设备能够监测并转发各个计算机键盘鼠标接口往来数据，可用于监测和窃听。
附图说明
图1是本发明的设备组成框图；
图2是本发明的设备中PS/2主设备模块的工作流程图；
图3是本发明的设备中PS/2从设备模块的工作流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明采用基于Xilinx公司的SOPC技术，使用硬件描述语言VHDL研制PS/2主设备模块、PS/2从设备模块。使用Xilinx公司的Microblaze软核处理器模块，以及AXI总线互联，快速构建基于可编程片上系统的PS/2键盘鼠标切换和监测设备。
图1是本发明的组成示意图，包括设备壳体1、SOPC控制板2。其中，SOPC控制板2主要有SOPC芯片3构成，SOPC芯片3中包括处理器模块4、PS/2主设备模块5、PS/2从设备模块6、指示灯以及切换开关控制模块7、监测模块8、总线互联逻辑9构成。
本发明的工作机理如下：
设备壳体1用于保护和固定其中的SOPC控制板2。设备壳体1装配有PS/2连接器用于连接至少64台计算机以及一套真实的键盘鼠标，还装配有切换选择按钮和工作指示灯等。
SOPC控制板2是一块电路板，上面焊接装配有SOPC芯片3。SOPC控制板2为SOPC芯片3的正常工作提供了支持，并对SOPC芯片3的引脚提供静电放电保护，为SOPC芯片3提供额定的工作电压等。
SOPC芯片3采用可编程逻辑技术把处理器模块4、PS/2主设备模块5、PS/2从设备模块6、指示灯以及切换开关控制模块7、监测模块8和总线互联逻辑模块9放到一块硅片上。SOPC是可编程的片上系统,硬件和软件灵活定制，协同开发。在SOPC芯片3内部，例化了Xilinx公司的处理器Microblaze模块4、采用硬件描述语言VHDL自主研制了PS/2主设备模块5、PS/2从设备模块6、指示灯以及切换开关控制模块7、监测模块8以及总线互联逻辑9。
处理器模块4用于根据指示灯以及切换开关控制模块7中的切换开关，判断当前应该让所述至少16台计算机中的哪一台计算机使用PS/2键盘鼠标，然后点亮对应的指示灯以及切换开关控制模块7中的指示灯；控制PS/2主设备模块5完成对PS/2键盘鼠标的初始化，以及接收来自PS/2键盘鼠标的数据；控制PS/2从设备模块6对所述至少16台计算机的PS/2接口的初始化作出响应，使得所述至少16台计算机能够判断出自身连接了PS/2键盘鼠标从而正常进入操作系统，同时将PS/2键盘鼠标的数据完整地传送给所述至少16台计算机中被算中使用PS/2键盘鼠标的那一台；以及控制监测模块8将监听到的数据通过串口向外界输出；
PS/2主设备模块5连接在APB总线上，用于实现PS/2主设备的功能。可控制外界真实的PS/2键盘鼠标，将SOPC芯片3内部产生的命令发送给键盘鼠标。也可接收外界键盘鼠标发出的数据。其算法状态机图如图2所示。
系统上电复位后，apb_ps2_host模块(即PS/2主设备模块5)进入IDLE_STATE(空闲)状态。在该状态下判断txfifo_empty＝'0'(有待发送的命令)且iBUSY_STAR＝'0'(PS/2主设备空闲)是否成立，如果成立则进入TX_PULSE_STATE(启动发送)状态。在TX_PULSE_STATE状态仅停留一个时钟周期便进入JUDGE_STATE(启动发送后的判断状态)状态，目的是驱动PS/2主设备模块5开始发送命令。在JUDGE_STATE状态中，将判断数据是否发送完毕或者是否发送错误。PS/2主设备模块5发送命令可以随时打断PS/2从设备模块6发送数据的过程。如果PS/2主设备模块5发送完毕则进入TX_DONE_STATE(发送成功)状态，在TX_DONE_STATE状态只一个时钟周期便进入DELAY_STATE(延时状态)状态，目的是读取发送FIFO当前的数据，使下一个待发送的命令冒出来。而后由DELAY_STATE状态回到IDLE_STATE状态。如果在JUDGE_STATE状态中，出现发送错误，则直接回到IDLE_STATE状态，继续发送上次未能发送成功的命令。其中IDLE_STATE、TX_PULSE_STATE、JUDGE_STATE、TX_DONE_STATE、DELAY_STATE都是本发明中定义的状态机。
PS/2从设备模块6接在APB总线上，用于实现PS/2从设备的功能。可接收外界计算机PS/2接口发送的命令，也可将SOPC芯片3内部待发送的PS/2数据发送给计算机的PS/2接口。其算法状态机图示如图3所示。
系统上电复位后，apb_ps2_dev模块(即PS/2从设备模块6)进入IDLE_STATE状态。在该状态下判断txfifo_empty＝'0'(有待发送的数据)且iBUSY_STAR＝'0'(PS/2从设备空闲)是否成立，如果空闲则进入TX_PULSE_STATE状态。在TX_PULSE_STATE状态仅停留一个时钟周期便进入JUDGE_STATE状态，目的是给PS/2从设备发出一个发送数据脉冲信号。在JUDGE_STATE状态中，将判断数据是否发送完毕或者是否发送错误。因为PS/2从设备模块6发送数据可能中途被主设备打断，造成发送过程失败。如果发送完毕则进入TX_DONE_STATE状态，在TX_DONE_STATE状态只一个时钟周期便进入DELAY_STATE状态，目的是读取发送FIFO当前的数据，使下一个待发送的数据冒出来。而后由DELAY_STATE状态回到IDLE_STATE状态。如果在JUDGE_STATE状态中，由于发送错误进入WAIT_STATE(等待)状态，则需要等待PS/2从设备空闲，才能回到IDLE_STATE状态，以便继续发送上次未能发送成功的数据。WAIT_STATE是本发明中定义的状态机。
指示灯以及切换开关控制模块7接在APB总线上，可以接收处理器模块4发送的控制命令，控制设备壳体1上的切换开关和状态指示灯。
监测模块8接在APB总线上，用于监听APB总线上来自各个模块的数据。并将这些数据分类汇总，通过串口实时地发送出去，实现了监测并转发各个计算机键盘鼠标接口往来数据。
总线互联逻辑9用于将实现AXI总线(与处理器模块4连接的总线)到APB总线接口的互联。由于处理器模块4采用Xilinx公司的Microblaze，其对外提供AXI总线扩展。PS/2主设备模块5、PS/2从设备模块6、指示灯以及切换开关控制模块7、监测模块8均设计为APB总线接口。故而总线互联逻辑模块9实现了处理器模块4与多个APB总线模块的互联。
可以看出，本发明采用SOPC技术，设计了PS/2主设备模块、PS/2从设备模块、指示灯以及切换开关控制模块、监测模块、总线互联逻辑模块，构建了可编程片上系统。不仅实现了64台计算机切换使用一套PS/2键盘鼠标，并且还能够监测并转发这些计算机个体的键盘鼠标接口往来数据。
将本发明应用于某舰艇多功能机柜中，完成了对多个计算机个体切换使用一套PS/2键盘鼠标。有效地获取了各个计算机PS/2口的数据包。并对数据包进行分析，统计。监测了各个计算机个体的键盘鼠标往来数据。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于可编程片上系统的PS/2键盘鼠标切换和监测设备，其特征在于，包括：设备壳体(1)和SOPC控制板(2)，其中，SOPC控制板(2)上装配有SOPC芯片(3)，SOPC芯片(3)中包括处理器模块(4)、PS/2主设备模块(5)、PS/2从设备模块(6)、指示灯以及切换开关控制模块(7)、监测模块(8)和总线互联逻辑模块(9)；
所述设备壳体(1)用于保护和固定其中的SOPC控制板(2)，设备壳体(1)装配有PS/2连接器用于连接至少16台计算机以及一套PS/2键盘鼠标，还装配有切换选择按钮和工作指示灯；
所述SOPC控制板(2)是一块电路板，SOPC控制板(2)用于为SOPC芯片(3)的正常工作提供支持，并对SOPC芯片(3)的引脚提供静电放电保护，为SOPC芯片(3)提供额定的工作电压；
所述SOPC芯片(3)用于采用可编程逻辑技术把处理器模块(4)、PS/2主设备模块(5)、PS/2从设备模块(6)、指示灯以及切换开关控制模块(7)、监测模块(8)和总线互联逻辑模块(9)放到一块硅片上，在SOPC芯片(3)内部，例化了所述处理器模块(4)；
所述处理器模块(4)用于根据指示灯以及切换开关控制模块(7)中的切换开关，判断当前应该让所述至少16台计算机中的哪一台计算机使用PS/2键盘鼠标，然后点亮对应的指示灯以及切换开关控制模块(7)中的指示灯；控制PS/2主设备模块(5)完成对PS/2键盘鼠标的初始化，以及接收来自PS/2键盘鼠标的数据；控制PS/2从设备模块(6)对所述至少16台计算机的PS/2接口的初始化作出响应，使得所述至少16台计算机能够判断出自身连接了PS/2键盘鼠标从而正常进入操作系统，同时将PS/2键盘鼠标的数据完整地传送给所述至少16台计算机中被算中使用PS/2键盘鼠标的那一台；以及控制监测模块(8)将监听到的数据通过串口向外界输出；
所述PS/2主设备模块(5)连接在APB总线上，用于实现PS/2主设备的功能，可控制外界的所述PS/2键盘鼠标，将SOPC芯片(3)内部产生的命令发送给所述PS/2键盘鼠标，或接收所述PS/2键盘鼠标发出的数据；
所述PS/2从设备模块(6)连接在APB总线上，用于实现PS/2从设备的功能，可接收外界计算机PS/2接口发送的命令，或将SOPC芯片3内部待发送的PS/2数据发送给计算机的PS/2接口；
所述指示灯以及切换开关控制模块(7)连接在APB总线上，可接收处理器模块(4)发送的控制命令，控制设备壳体(1)上的切换开关和状态指示灯；
所述监测模块(8)接在APB总线上，用于监听APB总线上来自各个模块的数据，并将这些数据分类汇总，通过串口实时地发送出去；
所述总线互联逻辑模块(9)用于将实现与处理器模块(4)连接的AXI总线，到所述APB总线的互联。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述PS/2主设备模块(5)具体用于实现如下流程：系统上电复位后，PS/2主设备模块(5)进入空闲状态，在该状态下判断是有待发送的命令且PS/2主设备模块(5)空闲是否成立，如果成立则进入启动发送状态，在启动发送状态停留一个时钟周期便进入启动发送后的判断状态，以便驱动PS/2主设备模块(5)开始发送命令，在启动发送后的判断状态中，将判断命令是否发送完毕或者是否发送错误，若PS/2主设备模块(5)发送完毕则进入发送成功状态，在发送成功状态停留一个时钟周期便进入延时状态，使下一个待发送的命令冒出来，而后由延时状态回到空闲状态，如果在启动发送后的判断状态中，出现发送错误，则直接回到空闲状态，继续发送上次未能发送成功的命令。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述PS/2从设备模块(6)具体用于实现以下流程：
系统上电复位后，PS/2从设备模块(6)进入空闲状态，在该状态下判断有待发送的数据且PS/2从设备模块(6)空闲是否成立，如果成立则进入启动发送状态，在启动发送状态停留一个时钟周期便进入启动发送后的判断状态，在启动发送后的判断状态中，判断数据是否发送完毕或者是否发送错误，如果发送完毕则进入发送成功状态，在发送成功状态一个时钟周期便进入延时状态，使下一个待发送的数据冒出来，而后由延时状态回到空闲状态，如果在启动发送后的判断状态中，由于发送错误进入等待状态，则等待PS/2从设备模块(6)空闲后再回到空闲状态，以便继续发送上次未能发送成功的数据。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述处理器模块(4)使用Xilinx公司的Microblaze软核处理器模块。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备壳体(1)装配有PS/2连接器用于连接至少64台计算机。
6.如权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述SOPC控制板(2)上焊接有SOPC芯片(3)。
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