CN111930658A - 一种可实现多对多切换控制的usb切换装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可实现多对多切换控制的USB切换方法和装置，是将多客户端通过网络进行延长并连接多服务端，实现多客户端间任意切换，可操作上述任意服务端的多对多切换的方法；即客户端USB设备经USB转串口、串口转网口后通过网络交换机传输，再经网口转串口、串口转USB信号，实现对服务端USB设备进行操作和控制。本发明的USB切换装置包括USB转串口芯片、单片机、及以太网协议栈芯片；USB设备连接USB转串口芯片，实现USB通讯方式与异步串口UART之间的转换，经单片机连接以太网协议栈芯片实现异步串口UART与以太网通讯之间的转换，具有双向转换和传输功能。本发明不仅可满足多对多的远程操控需求，而且可保障高质量和低延时传输，实现方式简单，成本较低。

Description

一种可实现多对多切换控制的USB切换装置及方法
技术领域
本发明属于数据传输技术领域，涉及一种USB切换装置及方法，尤其涉及一种可实现多对多切换控制的USB切换装置及方法。
背景技术
KVM技术是直接通过连接键盘、鼠标、显示器(VGA接口)来访问和控制计算机，可实现从单套键盘鼠标直接访问位于多个远程位置的服务器和设备，也就是常说的一对多的切换控制(图1)，其实现方式目前通常需要通过专用的KVM主机(KVM切换器)进行，KVM主机采用私有协议，不兼容其它品牌产品，同时KVM主机与键盘鼠标、显示器之间通过USB线或视频线连接，其传输距离受到较大限制；
基于编解码技术的KVM切换系统(图2)，视频信号和USB信号通过编解码器进行编解码，通过网络交换机进行传输，采用标准编解码格式编解码，距离限制较少，但由于经过编解码图像质量有所下降，难以满足对图像质量要求较高的需求；实践中，如果满足较高质量的图像效果则会产生一定的延时，降低了延时则图像质量会有所下降，同时视频对传输设备的带宽要求较高，需要配置昂贵的网络设备，并且存在网络传输过程中丢包等现象。
光纤KVM(图3)凭借强大的数据交换能力，很好的解决了图像质量和延时的问题，也有厂家采用了KVM视频信号不压缩技术，通过光纤进行传输，但是系统需要配置发送端和接收端，同时配置光传输设备，虽然部署距离较远但灵活性差且价格非常昂贵。
实际上，不仅仅限于KVM技术领域，如何低成本的实现多套键盘鼠标对应多台电脑或服务器的远程及高质量切换控制在其他很多领域中都有所需求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种多对多的USB切换装置及方法，以实现多套键盘鼠标对应多台主机的切换控制，不仅可满足多对多的远程操控需求，而且可保障高质量和低延时传输，实现方式简单，成本较低。
本发明采用的技术方案如下：
一种可实现多对多切换控制的USB切换方法，是将多套客户端USB设备通过网络进行延长并连接多套服务端USB设备，实现多套客户端USB设备任意切换，可操作上述任意服务端USB设备的多对多切换的方法；所述的客户端USB设备包括键盘和/或鼠标，服务端USB设备包括计算机主机，工控主机、服务器等使用鼠标键盘操作的设备，客户端和服务端是可自定义的，可将键盘和/或鼠标定义为客户端USB设备，也可定义为服务端USB设备，同样计算机主机、工控主机、服务器等使用USB键盘和/或鼠标及其它USB操作的设备可定义为服务端USB设备，也可定义为客户端USB设备、可根据实际应用而定；
对于需进行多对多切换控制的服务端USB设备及客户端USB设备：
将每一个客户端USB设备(键盘和/或鼠标)与一USB转网口的转换装置相连，具体是键盘和/或鼠标先通过USB转串口芯片将USB通讯方式扩展为异步串口UART的方式，再由单片机进行解析和控制，然后通过以太网协议栈芯片将串口转换为网口进行通讯和传输；
将每一个服务端USB设备(主机)与一网口转USB的转换装置相连，具体是先通过以太网协议栈芯片及单片机实现将传输过来的网络信号转串口，再利用串口转USB芯片还原客户端USB设备(键盘和/或鼠标)信号并传输至服务端(主机)；
即客户端USB设备(键盘和/或鼠标)经USB转串口、串口转网口后通过网络交换机传输，再经网口转串口、串口转USB信号，实现对服务端USB设备(主机)进行操作和控制。
上述技术方案中，进一步的，客户端与服务端建立连接、传输数据及切换等功能可通过键盘快捷键、键盘发送指令、或上位机软件完成；单片机与其它连入网络设备进行通讯和控制。
进一步的，USB转网口的转换装置和网口转USB的转换装置均有固定IP地址，可以是有线和无线两种模式，USB转网口的转换装置直接连接客户端USB设备的键盘和/或鼠标，通过键盘指令、快捷键或上位机向USB转网口的转换装置中单片机发送指令，则可将任一USB转网口的转换装置和网口转USB的转换装置建立连接并传输数据，所连接在USB转网口的转换装置的键盘和/或鼠标的信号和数据通过USB转网口的转换装置经由网络交换机传送至网口转USB的转换装置，连接在网口转USB的转换装置的主机则可以接收到通过网络交换机送达的信号和数据；因此与USB转网口的转换装置所连接的键盘和鼠标与网口转USB的转换装置所连接的主机可不依赖连接在网口转USB的转换装置主机操作系统的情况下进行信号和数据的传输，即可实现通电即可切换的功能；在计算机主机上使用，可实现键盘鼠标对计算机主机BIOS状态下进行操作和控制；因此与USB转网口的转换装置所连接的键盘和鼠标与网口转USB的转换装置所连接的主机可实现双向数据传输。
进一步的，所述的USB转网口的转换装置和网口转USB的转换装置之间可通过网络交换机传输，也可经网口、光口转换后通过光纤交换机进行传输；在互联网部署专用服务器，可实现广域网或互联网传输。
此外，本发明还提供一种可实现多对多切换控制的USB切换装置，包括USB转串口芯片、单片机、及以太网协议栈芯片；USB设备连接USB转串口芯片，实现USB通讯方式与异步串口UART之间的转换，再经单片机连接以太网协议栈芯片实现异步串口UART与以太网通讯之间的转换，该USB切换装置具有双向转换和传输功能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的USB切换方法和装置利用多种信号转换将USB信号(尤其是数据流较小的键盘/鼠标信号)进行网络(或光纤)传输再经信号转换还原为USB信号，可以实现多客户端与多服务端之间的切换和控制，尤其可适用于结合各种视频切换设备，如视频拼接处理器、视频矩阵、视频光纤传输设备等图像切换设备，可实现视频和USB信号同步传输和切换，即满足高图像质量的要求和远距离传输，同时又可保证非常高的视频和鼠标键盘的同步性，且成本较低。
通过编程使单片机、USB转串口芯片、串口转网络芯片只对鼠标/键盘进行识别和解析可限定装置只传输鼠标/键盘数据，不识别和传输其它数据，大大提高了安全性。
附图说明
图1是传统KVM技术的示意图；
图2是基于网络编码器的KVM示意图；
图3是基于光纤的KVM示意图；
图4是本发明的一种可实现多对多切换控制的USB切换方法和装置示意图；
图5是结合本发明和视频矩阵的KVM装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的说明。
如图4所示，为本发明的一种可实现多对多切换控制的USB切换方法示意图，其中USB切换装置(即图中USB转换器)，包括USB转串口芯片、单片机、及以太网协议栈芯片；所述的USB转串口芯片具有双向转换功能，USB设备连接USB转串口芯片，实现USB通讯方式与异步串口UART之间的转换，同一芯片可配置为上位机模式和下位机模式，分别连接USB-host主机和键盘鼠标等USB设备，支持USB鼠标键盘在BIOS界面使用，内置时钟，无需外部输入时钟信号。USB转串口芯片再连接单片机，同时单片机连接以太网协议栈芯片进行异步串口UART与以太网通讯之间的转换，以太网协议栈芯片自带10/100M以太网介质传输层(MAC)和物理层(PHY)，完全兼容IEEE802.3 10/100M协议，内置PPPOE、IP、DHCP、ARP、ICMP、IGMP、UDP、TCP等以太网协议栈固件，单片机可通过芯片进行网络通讯，支持三种通讯接口：8位并口、SPI接口或者异步串口，单片机/DSP/MCU/MPU等控制器可以通过上述任何一种通讯接口控制芯片进行以太网通讯。
图中，客户端为多套键盘/鼠标，服务端为多台电脑主机，各客户端分别通过一USB切换装置将USB信号转串口再转网口后，经网络交换机，再由各服务端所连接的USB切换装置将网口转串口再转USB信号，传输至服务端。本方案中，客户端USB设备包括键盘和/或鼠标，服务端USB设备包括计算机主机、工控主机、服务器等使用鼠标键盘操作的设备，客户端和服务端是可自定义的，可将键盘和/或鼠标定义为客户端USB设备，也可定义为服务端USB设备，同样计算机主机、工控主机、服务器等使用USB键盘和/或鼠标及其它USB操作的设备可定义为服务端USB设备，也可定义为客户端USB设备、可根据实际应用而定；
USB切换装置有固定IP地址，可以是有线和无线两种模式，按功能将客户端的USB切换装置定义为USB转网口的转换装置，将服务端的USB切换装置定义为网口转USB的转换装置，USB转网口的换装置直接连接客户端USB设备的键盘和/或鼠标，通过键盘指令、快捷键或上位机向USB转网口的转换装置中单片机发送指令，则可将任一USB转网口的转换装置和网口转USB的转换装置建立连接并传输数据，所连接在USB转网口的转换装置的键盘和/或鼠标的信号和数据通过USB转网口的转换装置经由网络交换机传送至太网转USB的转换装置，连接在太网转USB的转换装置的主机则可以接收到通过交换机送达的信号和数据；因此与USB转网口的转换装置所连接的键盘和鼠标与网口转USB的转换装置所连接的主机可不依赖连接在太网转USB的转换装置主机操作系统的情况下进行信号和数据的传输，即可实现通电即可切换的功能；在计算机主机上使用，可实现键盘鼠标对计算机主机BIOS状态下进行操作和控制；因此与USB转网口的转换装置所连接的键盘和鼠标与网口转USB的转换装置所连接的主机可实现双向数据传输。
所述的USB转网口的转换装置和网口转USB的转换装置之间不仅如上所述可通过网络交换机传输，也可再经网口、光口转换后通过光纤交换机进行传输；在互联网部署专用服务器，可实现广域网或互联网传输。
本发明的方法和装置可以有很多应用，尤其可适用于KVM系统或结合各种视频切换设备，如视频拼接处理器、视频矩阵、视频光纤传输设备等图像切换设备，可实现视频和USB信号同步传输和切换(如图5)，即满足高图像质量的要求和远距离传输，同时又可保证非常高的视频和鼠标键盘的同步性，且成本较低。

Claims (8)

1.一种可实现多对多切换控制的USB切换方法，其特征在于，该方法是将多套客户端USB设备通过网络进行延长并连接多套服务端USB设备，实现多套客户端USB设备任意切换，可操作上述任意服务端USB设备的多对多切换的方法；所述的客户端USB设备具有键盘和/或鼠标，所述的服务端USB设备为使用键盘和/或鼠标进行操作的设备，具体如下：将每一个客户端USB设备与一USB转网口的转换装置相连，具体是客户端USB设备先通过USB转串口芯片将USB通讯方式扩展为异步串口UART的方式，再由单片机进行解析和控制，然后通过以太网协议栈芯片将串口转换为以太网进行通讯和传输；将每一个服务端USB设备与一网口转USB的转换装置相连，具体是先通过以太网协议栈芯片及单片机实现将传输过来的网络信号转串口，再利用串口转USB芯片还原客户端USB设备的键盘和/或鼠标信号并传输至主机；
即客户端USB设备经USB转串口、串口转网口后通过网络交换机传输，再经网口转串口、串口转USB信号，实现对服务端USB设备进行操作和控制。
2.根据权利要求1所述的可实现多对多切换控制的USB切换方法，其特征在于，所述的服务端USB设备包括但不限于计算机主机、工控主机、硬盘录像机、摄像机、服务器等可通过各类USB控制器、键盘、或鼠标控制的设备。
3.根据权利要求2所述的可实现多对多切换控制的USB切换方法，其特征在于，客户端USB设备与服务端USB设备建立连接、传输数据及切换的功能可通过键盘快捷键、键盘发送指令、或上位机软件发出指令完成。
4.根据权利要求1所述的可实现多对多切换控制的USB切换方法，其特征在于，所述的USB转网口的转换装置和网口转USB的转换装置均有固定IP地址，可以是有线和无线两种模式，USB转网口的转换装置直接连接客户端USB设备的键盘和/或鼠标，通过键盘指令、快捷键或上位机向USB转网口的转换装置中单片机发送指令，则可将任一USB转网口的转换装置和网口转USB的转换装置建立连接并传输数据，所连接在USB转网口的转换装置的键盘和/或鼠标的信号和数据通过USB转网口的转换装置经由网络交换机传送至网口转USB的转换装置，连接在网口转USB的转换装置的服务端USB设备则可以接收到通过交换机送达的信号和数据；因此与USB转网口的转换装置所连接的键盘和鼠标与网口转USB的转换装置所连接的主机可不依赖连接在太网转USB的转换装置主机操作系统的情况下进行信号和数据的传输，即可实现通电即可切换的功能。
5.根据权利要求1所述的可实现多对多切换控制的USB切换方法，其特征在于，所述的USB转网口的转换装置和网口转USB的转换装置之间可通过网络交换机传输，也可经网口、光口转换后通过光纤交换机进行传输；在互联网部署专用服务器，可实现广域网或互联网传输。
6.一种可实现多对多切换控制的USB切换装置，其特征在于，包括USB转串口芯片、单片机、及以太网协议栈芯片；USB转串口芯片、单片机、及太网协议栈芯片具有双向转换和传输功能。
7.一种KVM系统，其特征在于，包括如权利要求6所述的USB切换装置或采用如权利要求1-5任一项所述的方法实现。
8.一种KVM系统，其特征在于，系统中键盘和鼠标的USB信号采用如权利要求1-5任一项所述的方法传输，系统中视频信号结合视频矩阵进行切换，采用视频线、光纤或矩阵支持的图像传输介质进行传输。
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