CN1670676A - 总线型键盘、显示器和鼠标切换控制装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种总线型键盘、显示器、鼠标切换控制装置和方法，该装置包括：由模拟信号总线和数字信号总线组成的总线，分别挂接在该总线上的一个连接有鼠标、键盘和显示器的控制端模块和多个分别连接服务器的结点控制模块，其中结点控制模块用于接收控制端模块命令，控制该结点与模拟信号总线的断开或闭合，阻断或释放该结点服务器显示信号与模拟信号总线的连接，使得该结点服务器的显示信号能够实现由该结点到控制端的单向传输。该装置设计构思新颖，电路结构简单，降低生产成本，还提高了电路的工作可靠性。在多个服务器结点共用一组键盘、显示器、鼠标进行输入或输出选择控制的服务器机群应用领域中，本发明具有很好的推广应用前景。

Description

总线型键盘、显示器和鼠标切换控制装置和方法

技术领域

本发明涉及一种总线型键盘、显示器、鼠标切换控制装置和方法，特别是涉及一种通过五类传输线，实现多个服务器结点共用一组键盘、显示器、鼠标的切换控制装置及控制方法，属于计算机控制技术领域。

背景技术

目前，在服务器机群应用领域中通常是多个服务器结点共用一组键盘、显示器、鼠标，再由控制端利用键盘、显示器、鼠标(KVM，Key-board Video Mouse)切换器对各个服务器的输入或输出进行选择控制。为了避免布线过于复杂，业界已经研制出了采用一条五类线传输KVM信号的切换设备。但是，现有的这种总线型KVM切换器中，在各个结点之间进行切换的控制电路结构大多比较复杂；尤其是模拟信号的传输要求尽量减少波形失真，所以通常使用通路寄生电容小的双极型模拟开关作为控制电路的切换结点。然而，这种电路具有较大缺陷：一是成本昂贵。由于切换控制电路结构复杂，使得电路的器件成本和生产制造成本都会显著增加。单就其中的双极型模拟开关而言，由于对其通路的寄生电容等参数有较高要求，使得该元件的成本增高，进而增加了结点的成本。而在机群应用中，一套KVM切换器控制的系统往往需要上百个结点，该元件对提高成本的影响就相当可观了。二是复杂的切换控制电路自然增多了故障发生点，无形中会增加故障出现的概率，影响系统的工作稳定性。

发明内容

本发明的目的是提供一种总线型键盘、显示器、鼠标切换控制装置和实现方法，该切换控制装置通过一条高电平线和一条低电平线组成的控制器局部网总线传输切换命令，由各个结点控制模块的微处理器接收和分析命令，驱动相应的硬件控制电路动作，对模拟信号传输总线上的模拟信号进行切换控制，从而大大简化切换电路，降低生产成本和提高电路的工作可靠性。

本发明的目的是这样实现的：一种总线型键盘、显示器、鼠标切换控制装置，其特征在于：该装置包括有总线、分别挂接在该总线上的一个控制端模块和多个结点控制模块，所述总线包括有模拟信号传输总线和数字信号传输总线，所述控制端模块连接有鼠标、键盘和显示器，所述结点控制模块分别连接各个服务器，用于接收控制端模块的命令，控制该结点与模拟信号总线的断开或闭合，阻断或释放该结点连接的服务器显示信号与模拟信号总线的连接，以便该结点连接的服务器的显示信号能够实现由该结点到控制端的单向传输。

所述结点控制模块的控制电路包括：由微处理器和其外围电路-总线收发器、键盘和鼠标的PS/2接口及其数字信号的RJ45接口组成的数字电路，顺序连接的视频图像适配器VGA接口、将视频信号进行复合打包的电路和差分传输电路、继电器开关电路与继电器、以及视频信号的RJ45接口组成的模拟电路；该结点控制模块控制电路中的微处理器的功能是：在工作状态下，将经由PS/2接口的本结点服务器的鼠标、键盘信号进行打包处理，控制其TX/RX接口连接的总线收发器通过数字信号总线与控制端通信；在等待模式下，回应服务器的命令，即仿真服务器的鼠标和键盘；通过其I/O接口控制继电器开关电路工作，使得在工作模式下，继电器吸合，本结点服务器的显示信号释放到模拟信号传输总线上，实现由该结点到控制端的单向传输；在等待模式下，继电器关闭，本结点服务器的显示信号传输被阻挡。

所述结点控制模块的控制电路还包括：电源变换电路、结点工作状态指示电路、复位电路和鼠标、键盘读写信号控制电路。

所述控制端模块的电路结构与结点控制模块相同，以减少模块种类。

所述数字信号总线和模拟信号总线是五类线，其中数字信号总线是由一条高电平线和一条低电平线组成的控制器局部网总线，模拟信号总线是由分别传输R+H、G、B+V视频显示信号的三对双绞线组成，其中每对双绞线传输正负电平的双极性信号，且数字信号总线和模拟信号总线的两端分别串接形成良好端接的匹配电阻。

所述五类线分别连接控制端模块和彼此相邻的各个结点控制模块之间的两个RJ45接口，构成数字信号总线和模拟信号总线的物理传输介质。

所述继电器结构是双刀双掷型，每个结点控制模块上有三个继电器，分别控制三条显示模拟信号的双极性信号传输总线的断开或闭合，用以阻断或释放该结点的服务器显示信号与模拟信号传输总线的连接；。

本发明的目的是这样实现的：一种总线型键盘、显示器、鼠标切换控制装置的控制方法，其特征在于包括下列步骤：

(1)控制端模块通过数字总线向需要进行交互控制的目的结点服务器之前的所有结点控制模块发出关闭继电器指令；

(2)所述各个结点控制模块的微处理器接收到关闭指令，分别关闭各自的继电器，并进入等待模式；

(3)控制端模块通过数字信号总线向需要进行交互控制的目的结点控制模块发出继电器打开指令；

(4)目的结点控制模块的微处理器接收到打开指令，命令继电器吸合，使本站点的服务器显示信号接通模拟信号总线，并进入工作模式；

(5)切换到目的结点的流程结束。

所述等待模式是该结点控制模块的微处理器只监听数字信号总线的命令，并不向总线发送信息；同时启动鼠标、键盘仿真程序，虚拟服务器的鼠标、键盘，使得服务器能够探测到鼠标、键盘正常工作。

所述工作模式是该结点控制模块的微处理器在本结点服务器与控制端的鼠标、键盘之间建立虚拟通路，实现该服务器与鼠标、键盘之间的通信；同时，本结点服务器的显示信号释放到模拟信号总线上，实现由该结点服务器到控制端显示器的单向传输。

本发明通过将一条由五类双绞线构成的传输线分成两种不同功能的总线：传输结点间的切换命令和鼠标、键盘信息的数字信号总线和传输显示模拟信号的模拟信号总线，以及各个结点控制模块上的微处理器和其外围的控制电路，实现了只需要一条五类线就可以同时传输键盘、显示器、鼠标信号。整个装置的设计构思新颖巧妙，电路结构简单，尤其是切换电路大大简化，显著降低生产制造成本，还提高了电路的工作可靠性。在多个服务器结点共用一组键盘、显示器、鼠标进行输入或输出选择控制的服务器机群应用领域中，本发明具有很好的推广应用前景；而且，本发明不仅适合于总线型键盘、显示器、鼠标的切换控制装置中，还可以用在其它类似的许多总线型的控制系统中。

附图说明

图1是本发明总线型键盘、显示器、鼠标切换控制装置的结构组成方框图；

图2是本发明的结点控制模块的电路结构方框图；

图3是本发明的结点控制模块的控制电路电原理图；

图4是本发明总线型键盘、显示器、鼠标切换控制装置的实现方法流程图。

具体实施方式

参见图1，本发明是一种用于服务器机群应用领域中的总线型键盘、显示器、鼠标切换控制装置，图中粗虚线框出来的该装置10包括有总线、分别挂接在该总线上的一个控制端模块1和多个结点控制模块2、3、4。其中总线是五类线，包括有模拟信号传输总线和数字信号传输总线，本发明采用由一条高电平线和一条低电平线组成的控制器局部网(CAN，Controller Area Network)总线作为数字信号总线，模拟信号总线由分别传输R+H、G、B+V视频显示信号的三对双绞线组成，其中每对双绞线传输正负电平的双极性信号，这样可以使得通常位于监控室30内的连接鼠标、键盘和显示器的控制端模块1与位于服务器机群机房20内的多个结点控制模块2、3、4的传输距离能够达到300米。数字信号总线和模拟信号总线的两端分别串接形成良好端接的匹配电阻。结点控制模块2、3、4分别连接各自的服务器，用于接收控制端模块1的命令，控制该结点与模拟信号总线的断开或闭合，阻断或释放该结点连接的服务器显示信号与模拟信号总线的连接，以便该结点连接的服务器的显示信号能够实现由该结点到控制端的单向传输。图1表明：控制端模块1和结点控制模块2、3、4电路结构相同，都包括有数字电路D和模拟电路A两部分，其中数字电路D通过CAN总线实现信号传输，传输方式是双向的；模拟电路A通过模拟信号传输总线实现由结点到控制端的单向传输。

参见图2，本发明结点控制模块的控制电路主要包括有：由微处理器和其外围电路-总线收发器、键盘和鼠标的PS/2接口及其数字信号的RJ45接口组成的数字电路(信号流程用粗实线画出)，顺序连接的视频图像适配器VGA接口、将视频信号进行复合打包的电路和差分传输电路、继电器开关电路与继电器、以及视频信号的RJ45接口组成的模拟电路(信号流程用空心实线画出)。图中左侧的VGA与两个PS/2接口分别与其对应的服务器的显示器与鼠标、键盘相连。其中微处理器的功能是：在工作状态下，将经由PS/2接口的本结点服务器的鼠标、键盘信号进行打包处理，再控制与其连接的总线收发器通过RJ45接口和CAN总线与控制端通信；同时通过其I/O接口控制继电器开关电路工作，使得在工作模式下，继电器吸合，本结点服务器的显示信号经由VGA接口传输给结点控制模块的模拟信号通过打包和差分输出(此电路为比较成熟的电路，与业界通用的电路相同，故不再赘述)，能够释放到模拟信号传输总线上，实现由该结点到控制端的单向传输。在等待模式下，微处理器回应服务器的命令，即仿真服务器的鼠标和键盘；同时，继电器关闭，本结点服务器的显示信号传输被阻挡。右侧的两个RJ45接口分别通过五类线与相邻的结点相联，构成CAN总线和模拟信号传输总线的物理传输介质。

参见图3，介绍结点控制电路模块的电原理图。微处理器IC1通过其TX/RX接口连接CAN总线收发器IC2，以便在CAN总线D8、D7上发送和接收命令。CAN总线的物理介质是五类线中的一对双绞线，它们分别连接相邻两个RJ45接口J3(DOWN_RJ45)的D8、D7和J2(UP_RJ45)的U8、U7。五类线中剩余的三对双绞线D6-D1和U6-U1用作分别传输R+H、G、B+V视频模拟显示信号的传输总线，其中每对双绞线传输正负电平的双极性信号。微处理器IC1的Vedio on管脚P32连接继电器开关电路IC6。该继电器开关电路IC6是控制三个继电器g3-g1供电电源通路的模拟开关(型号：MAX4628)，通过是否给三个继电器g3-g1供电来控制这些继电器在连接后续模拟信号总线还是连接RJ45接口之间进行切换，用于阻断或释放本结点的模拟信号到模拟信号传输总线上。该三个继电器g3-g1都是双刀双掷结构，三个继电器的六个转换接点分别为本结点的模拟信号总线的上行端口D1-D6，三个继电器的六个静接接点分别连接与各自转换接点上模拟信号总线的上行端口D1-D6相对应的后续总线U1-U6，六个动接接点则分别连接本结点的经过打包、差分处理后的显示模拟信号总线：RED+、RED-、GERRN+、GREEN-、BLUE+、BLUE-。

结点控制模块的控制电路还包括有：作为供电核心芯片的电源变换电路IC5，它负责通过J1、J4的相应接点从PS/2上获取+5V直流电，并变换成-5V。由双色二极管LED1组成的结点工作状态指示电路，红色管R亮表示工作状态，绿色管G亮表示等待状态。复位电路IC3和四个开关电路组成的鼠标、键盘数据信号和时钟信号的读写信号控制电路，用于保证鼠标、键盘的信号的收发工作正常，即保证微处理器IC1能够通过不同的I/O在同一条线路上实现鼠标和键盘的数据、时钟信号的收、发功能。两个异或门用于对H、V数字信号的整形再生。

参见图4，说明本发明的工作机制或控制方法的实现步骤：

(1)控制端模块通过数字总线向需要进行交互控制的目的结点服务器之前的所有结点控制模块发出关闭继电器指令；

(2)各个结点控制模块的微处理器接收到关闭指令，分别关闭各自的继电器，并进入等待模式；此时，微处理器只监听CAN总线的命令，并不向总线发送信息，同时启动鼠标、键盘仿真程序，虚拟服务器的鼠标、键盘，使得服务器探测到鼠标、键盘正常工作；

(3)控制端模块通过数字信号总线向需要进行交互控制的目的结点控制模块发出打开继电器指令；

(4)目的结点控制模块的微处理器接收到打开指令，命令继电器吸合，使本站点的服务器显示信号接通模拟信号总线，并进入工作模式；此时，将在该结点的服务器与控制端的鼠标、键盘之间建立虚拟通路，实现服务器与鼠标、键盘之间的通信；

(5)切换到目的结点服务器的流程结束。

Claims (10)

1、一种总线型键盘、显示器、鼠标切换控制装置，其特征在于：该装置包括有总线、分别挂接在该总线上的一个控制端模块和多个结点控制模块，所述总线包括有模拟信号传输总线和数字信号传输总线，所述控制端模块连接有鼠标、键盘和显示器，所述结点控制模块分别连接各个服务器，用于接收控制端模块的命令，控制该结点与模拟信号总线的断开或闭合，阻断或释放该结点连接的服务器显示信号与模拟信号总线的连接，以便该结点连接的服务器的显示信号能够实现由该结点到控制端的单向传输。

2、根据权利要求1所述的切换控制装置，其特征在于：所述结点控制模块的控制电路包括：由微处理器和其外围电路-总线收发器、键盘和鼠标的PS/2接口及其数字信号的RJ45接口组成的数字电路，顺序连接的视频图像适配器VGA接口、将视频信号进行复合打包的电路和差分传输电路、继电器开关电路与继电器、以及视频信号的RJ45接口组成的模拟电路；该结点控制模块控制电路中的微处理器的功能是：在工作状态下，将经由PS/2接口的本结点服务器的鼠标、键盘信号进行打包处理，控制其TX/RX接口连接的总线收发器通过数字信号总线与控制端通信；在等待模式下，回应服务器的命令，即仿真服务器的鼠标和键盘；通过其I/O接口控制继电器开关电路工作，使得在工作模式下，继电器吸合，本结点服务器的显示信号释放到模拟信号传输总线上，实现由该结点到控制端的单向传输；在等待模式下，继电器关闭，本结点服务器的显示信号传输被阻挡。

3、根据权利要求2所述的切换控制装置，其特征在于：所述结点控制模块的控制电路还包括：电源变换电路、结点工作状态指示电路、复位电路和鼠标、键盘读写信号控制电路。

4、根据权利要求1所述的切换控制装置，其特征在于：所述控制端模块的电路结构与结点控制模块相同，以减少模块种类。

5、根据权利要求1所述的切换控制装置，其特征在于：所述数字信号总线和模拟信号总线是五类线，其中数字信号总线是由一条高电平线和一条低电平线组成的控制器局部网总线，模拟信号总线是由分别传输R+H、G、B+V视频显示信号的三对双绞线组成，其中每对双绞线传输正负电平的双极性信号，且数字信号总线和模拟信号总线的两端分别串接形成良好端接的匹配电阻。

6、根据权利要求5所述的切换控制装置，其特征在于：所述五类线分别连接控制端模块和彼此相邻的各个结点控制模块之间的两个RJ45接口，构成数字信号总线和模拟信号总线的物理传输介质。

7、根据权利要求1所述的切换控制装置，其特征在于：所述继电器结构是双刀双掷型，每个结点控制模块上有三个继电器，分别控制三条显示模拟信号的双极性信号传输总线的断开或闭合，用以阻断或释放该结点的服务器显示信号与模拟信号传输总线的连接。

8、一种总线型键盘、显示器、鼠标切换控制装置的控制方法，其特征在于包括下列步骤：

(1)控制端模块通过数字总线向需要进行交互控制的目的结点服务器之前的所有结点控制模块发出关闭继电器指令；

(2)所述各个结点控制模块的微处理器接收到关闭指令，分别关闭各自的继电器，并进入等待模式；

(3)控制端模块通过数字信号总线向需要进行交互控制的目的结点控制模块发出继电器打开指令；

(4)目的结点控制模块的微处理器接收到打开指令，命令继电器吸合，使本站点的服务器显示信号接通模拟信号总线，并进入工作模式；

(5)切换到目的结点的流程结束。

9、根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：所述等待模式是该结点控制模块的微处理器只监听数字信号总线的命令，并不向总线发送信息；同时启动鼠标、键盘仿真程序，虚拟服务器的鼠标、键盘，使得服务器能够探测到鼠标、键盘正常工作。

10、根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：所述工作模式是该结点控制模块的微处理器在本结点服务器与控制端的鼠标、键盘之间建立虚拟通路，实现该服务器与鼠标、键盘之间的通信；同时，本结点服务器的显示信号释放到模拟信号总线上，实现由该结点服务器到控制端显示器的单向传输。

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