CN200976129Y - 一种基于菊花链结构的模拟kvm切换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及计算机技术领域，具体地说是一种基于菊花链结构的模拟KVM产品，解决了现有技术中规模小、线缆缠绕的问题。它包括节点、控制终端和多路器以及主机，终端与一套键盘、鼠标、显示器相连，节点间采用菊花链结构通过双绞线连接，多路器设有扩展接口和输出接口，其中扩展接口与总线相连，输出接口与终端通过连接线相连。将这条双绞线和终端相连，组成单总线KVM切换器；也可以将多条双绞线与KVM多路器相连，多路器再与终端相连，组成多总线KVM切换器，多路器设有扩展接口，每路接口可同时挂接128个节点，可通过一台控制终端，控制多达1024台节点服务器的最高性价比的产品。

Description

一种基于菊花链结构的模拟KVM切换器

技术领域

本实用新型涉及计算机技术领域，具体地说是一种基于菊花链结构的模拟KVM切换器。

背景技术

由于集群计算机的统一管理，这样就给机房日常工作带来了很大压力。随着集群计算机结点总数的日益增加，从原来的几十台，几百台到如今的上千台计算机，网络管理人员的管理任务日益繁重，传统的管理模式越来越不能适应集群计算机机房的统一管理。

面对以上问题我们急需一个能集中控制，可减轻机房管理难度，提高工作效率，并消除各种人为的安全隐患的操作管理系统，这个系统就是KVM。KVM是键盘(Keyboard)、显示器(Video)、鼠标(Mouse)的缩写的组合。KVM能通过恰当的键盘、鼠标和显示器的配置，达到通过这组I\O设备(键盘、鼠标和显示器)控制多个结点机。具体的讲就是，KVM可以在多个主机之间选择其一，建立通讯连接关系。这种连接关系就是把本地的键盘、鼠标及显示器通过KVM系统与远端连接的主机PS/2接口、显卡实现连接。KVM的功能之二就是，我们把本地的键盘鼠标所要输入到主机的信号通过KVM系统传送到远端主机，同时KVM系统还可以把主机的响应信号(包括视频显卡输出、主机对键盘鼠标的回送命令)出送回本地的键盘、鼠标及显示器，从而达到在远端控制这台主机的作用。更形象一些，KVM的第二个功能是把原来集中在主机1米范围内的键盘、鼠标及显示器扩展到距离主机几十米甚至到上百米的范围。

现有的KVM产品，每个KVM所能带的结点机的数目是非常有限的，最多可以连接63个节点；并有由于多采用星型结构，所以造成规模小、线缆凌乱的问题，同时价格也不理想。

实用新型内容

本实用新型的目的就是在于研究出一种同时满足大中小机房的需求、具有更大规模管理能力和高扩展性、基于菊花链结构的KVM切换器。

为实现上述目的，本实用新型通过如下技术方案实现：一种基于菊花链结构的模拟KVM切换器，包括节点、终端和多路器，多路器连接在节点和终端之间。节点之间采用菊花链结构通过双绞线连接在总线上，每个节点均与一台主机相连且该节点控制与其相连的主机；双绞线由四对差分线组成，其中有三对用来传输视频信号的差分线，另外有一对用来传输键盘鼠标数据、控制数据和节点切换数据的差分线。多路器设有扩展接口和输出接口，其中扩展接口与总线相连，输出接口与终端通过连接线相连，双绞线可以五类双绞线、超五类非屏蔽双绞线或超六类双绞线。

所谓菊花链结构是节点上设有近接口和远接口，用连接线依次将各个节点的远接口和下一节点的近接口相连即可。将菊花链结构中的第一个节点的近接口用连线引出，即形成一条总线。

终端上设有终端接口，将一条总线直接与终端接口相连，即组成只含有一条总线的KVM切换器；将多条总线分别与多路器的扩展接口相连，再将多路器的输出接口与终端的终端接口通过连接线相连，即组成含有多条总线的KVM切换器。

其中节点主要包括MCU(Micro Controller Unit，单片机)、同步复合电路和视频驱动电路，其中MCU通过连接线与485总线收发器、视频信号继电器、地址设置拨码开关、LED(Light Emitting Diode，发光二极管)、主机键盘接口以及主机鼠标接口相连，485总线收发器挂接在RS-485(一种串行总线标准)总线上，视频信号继电器连接在视频总线上；视频信号由主机的VGA(Video Graphic Array，一种视频信号标准)显卡输入，经同步复合电路和视频驱动电路进行变换并加以驱动后，由视频信号继电器将视频信号输出到视频总线上进行传输。

其中终端主要包括MCU(Micro Controller Unit，单片机)、差分接收电路及同步提取电路，其中MCU与485总线收发器、键盘、鼠标以及显示器相连，485总线收发器挂接在与RS-485总线上；视频信号经视频总线传输到终端，经差分接收电路对信号进行差分接收，经同步提取电路视频信号进行同步提取后，输出到显示器。

其中多路器主要包括MCU(Micro Controller Unit，单片机)、485总线收发器、第一8选1开关组、第二8选1开关组以及视频驱动电路，其中MCU与485总线收发器、第一8选1开关组以及第二8选1开关组相连；MCU控制485收发器和两组8选1开关组，其中485收发器通过1路485总线与终端通信，根据终端指令，使第一8选1开关组与从8路485总线中的1路相连，使第二8选1开关组选出8路视频总线中的1路，经视频驱动电路后送至视频总线。

与现有的技术相比，本实用新型具有以下优点及有益效果：

1、更大规模管理能力：本实用新型支持百米距离，带有一条总线的KVM可以同时挂接128个节点，通过多路器可扩展多达1024个节点，比一般的KVM具备更大规模管理能力和更好的扩展性。

2、布线简洁：节点间采用菊花链结构，简化了连接线且减少了布线的复杂程度，。

3、降低总拥有成本。使用本实用新型的KVM，再也不需要为每一台服务器连接键盘、显示器及鼠标，因此只需要一组或少数几组此KVM，就可以控制与管理许多台服务器。这不仅会降低硬件成本，还能降低对于电力与空调系统的需求，同时节省宝贵的机房空间，更可以实现服务器机房和控制室分离。

4、简化操作。在显示器上OSD菜单选项，用户可以通过键盘实现节点切换，简化操作环节、容易使用。

5、支持跨平台管理。本实用新型系统可以在不同的服务器环境使用。只要具有PS/2(一种常用的键盘、鼠标接口规范)接口，并没有限制特定厂商的硬件或操作系统。例如HP、IBM及Dell的硬件平台，同时也可在各种不同的操作系统中应用，例如Windows、Linux或Solaris、UNIX。

本实用新型体积小巧，部署使用方便，可充分满足高密度机架式服务器管理的需求，还可以从整体上提升机群的使用性能水准，提高用户在信息网络系统的可管理性、好用性、高可用性。

附图说明

图1采用一条总线的KVM切换器示意图；

图2采用8条总线的本实用新型示意图；

图3视频信号通路结构示意图；

图4视频传送网络示意图；

图5RS-485总线结构示意图；

图6节点结构示意图；

图7终端结构示意图；

图8终端处理过程图；

图9多路器结构示意图；

图10选择节点的OSD菜单。

图中，1、节点；2、终端；3、近接口；4、远接口；5、双绞线；6、地址设置拨码开关；7、显示器接口；8、键盘接口；9、鼠标接口；10、显示器；11、键盘；12、鼠标；13、终端接口；14、主机；15、多路器；16、扩展接口；17、输出接口；18、视频信号继电器。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型的KVM切换器主要包括节点1、终端2，节点上设有两个RJ45插座，其中在总线上靠近终端的为近接口3，另一个RJ45插座为远接口4，将各个节点的远接口4与下一节点的近接口3用双绞线5连接，即形成菊花链状，并将第一个节点的近接口用连线引出，即形成一条总线。节点1上的地址设置拨码开关6，用来设置节点的编号，以区分不同的节点。终端2上安装有显示器接口7、键盘接口8和鼠标接口9，分别与显示器10、键盘11、鼠标12相连，显示器接口7以VGA(Video Graphic Array，一种视频信号标准)插座为佳，键盘、鼠标接口以PS/2(一种常用的键盘、鼠标接口规范)插座为佳；终端2上还安装有终端接口13，以RJ45(一种8脚的插头/插座)插座为佳，将终端接口13与总线上第一个KVM节点的近接口3用五类双绞线连接，即组成只含有一条总线的KVM切换器，每个节点均与一台主机14相连。

如图2所示，多路器15上设有九个RJ45插座，其中的八个RJ45插座称为扩展接口16用来和多条总线相连，另一个RJ45插座称为输出接口17用来和终端2相连。当多路器15只连接一条总线时，效果与一条总线的KVM相同；可以将多条总线分别与多路器的扩展接口16相连，再将多路器15的输出接口17与终端2的终端接口13通过连接线相连，即形成多条总线的KVM切换器，如图2所示，每条总线上可以挂接128个节点1，即可以达到1024个节点的规模。

本实用新型的各种设备间通过双绞线5连接在总线上，连线插接件采用RJ45插头和RJ45插座，双绞线由四对差分线组成，其中有三对差分线用来传输视频信号的，另外一对作为RS-485(一种串行总线标准)总线用来传输键盘鼠标数据、控制数据和节点切换数据。

视频信号为单向传输，方向为从节点1到终端2。VGA视频信号包含颜色信号R，G，B和行场同步信号H，V。节点1将H调制到G上，V调制到B上，并经单端到差分变换，形成三对差分信号R⁺、R^-，G⁺、G^-，B⁺、B^-，用三对差分线进行传输。接收端终端2对收到的信号进行差分到单端变换和同步提取，恢复出R，G，B，H，V五个信号，送到显示器10。

如图3所示，V表示节点1的视频输出，当终端操作某节点时，该节点1的近接口3与V传输线连通，与远接口4断开，使该节点的近接口3和远接口4之间的视频信号通路在电路上是断开的；而总线上其余节点的近接口和远接口连通，与V传输线断开，是其近接口和远接口之间的视频信号通路在电路上是连通的。那么，这个被终端操作的节点作为总线上的唯一视频输出。

如图4所示，视频信号在三对双绞线上传输，视频信号为单向传输，方向从节点1到终端2。每个节点采用三个视频信号继电器18，三个继电器的控制端相连直接接入节点中MCU19的一个控制引脚，用来控制调制后的三路视频信号是否输出到传输线上，在任一时刻最多只能有一个节点将视频信号输出到V传输线。

如图5所示，485总线实现了异步串行传输的物理层规程。本实用新型将五类双绞线中的一对差分线做为半双工485总线，键盘鼠标数据和控制数据通过485总线传输，实现节点和终端之间的双向数据通信。终端接收键盘、鼠标发出的数据，将它们传输到节点，再由节点发送给主机；节点接收主机发给键盘、鼠标的数据，将它们传输到终端，再由终端发送给键盘鼠标。

每个节点都通过一个RS-485收发器与485总线相连，485总线最大长度可达1200米，最大总线负载为32个单位，最大传输速度因485芯片而异，一般可达2.5Mbps，单路可实现最大256负载，但本实用新型在一条总线上最多挂接128个节点。

如图6所示，节点1主要包括MCU、同步复合电路和视频驱动电路，其中MCU与485总线收发器、视频信号继电器、地址设置拨码开关、LED(LightEmitting Diode，发光二极管)指示灯、主机键盘接口以及主机鼠标接口相连，485总线收发器挂接在RS-485总线上，视频信号继电器连接在视频总线上。MCU读取由地址设置拨码开关设置的节点编号、控制LED显示节点的状态、并通过控制视频信号继电器来控制是否将视频信号输出到视频总线。视频信号由主机的VGA显卡输入，经同步复合电路和视频驱动电路进行变换并加以驱动后，由视频信号继电器将视频信号输出到视频总线上进行传输。

当终端要操作某节点时，终端会通过总线向该节点1发送“连接”命令。MCU收到命令后，控制视频信号继电器，使近接口与V传输线连通，近接口与远接口断开，将自身的视频信号输出到视频传输线。此时，MCU通过总线在主机键盘接口、主机鼠标接口和终端间传递键盘鼠标数据。

当终端未操作某节点时，该节点的MCU控制视频信号继电器，使近接口与远接口连通，近接口与V传输线断开。此时，MCU负责应答计算机对键盘和鼠标的查询命令，另外为了响应终端命令，还要对总线进行监听。

如图7所示，终端主要包括MCU，MCU与485总线收发器、键盘、鼠标相连，485总线收发器与RS-485总线相连；MCU通过程序控制安装在显示器内部的OSD(全称：On Screen Display，专用集成电路，是专门为在屏幕上显示字符设计的)芯片产生OSD菜单，在此我们具体选用ma102ca这款芯片，如图10所示，OSD菜单会显示在显示器上，用户通过键盘操作OSD菜单实现对节点1的选择；用户首先通过键盘输入节点的编号，终端收到后通过RS-485总线向相应的节点发送命令，与之建立联系。之后，节点将视频信号通过视频总线传输到终端，经差分接收电路对信号进行差分接收、经同步提取电路对视频信号进行同步提取后，与显示器中的OSD芯片产生的OSD电路进行叠加，输出到显示器。

具体视频信号在终端的处理过程如图8所示，终端的MCU产生的控制电路操作着信号处理过程；视频信号进入终端后，被差分成RGB信号和HV信号，其中RGB信号直接传输到信号叠加电路，HV信号经HV切换和模拟电路将HV信号分成两个分支，其中一个分支直接传输到信号叠加电路，另一个分支经OSD产生电路处理后输出OSD信号到信号叠加电路，连同RGB信号、HV信号的一个分支经信号叠加，后输出视频信号到显示器。

另外，终端2与被选择的节点1配合，通过RS-485总线在真正的键盘11鼠标12与主机14的键盘鼠标接口之间实现数据的双向传递，使用户可以通过连接在终端2上的键盘11、鼠标12和显示器10来操作主机。

如图9所示，多路器主要包括MCU、485总线收发器、第一8选1开关组、第二8选1开关组以及视频驱动电路，其中MCU与485总线收发器、第一8选1开关组以及第二8选1开关组相连；MCU控制485总线收发器和两组8选1开关组，其中485收发器通过1路485总线与终端通信，根据终端指令，使第一8选1开关组与从8路485总线中的1路相连，使第二8选1开关组选出8路视频总线中的1路，经视频驱动电路驱动后送至被选中的1路视频总线。其中，第一8选1开关组由两片8选1模拟开关芯片组成，第二8选1开关组由6片8选1模拟开关芯片组成。

多路器相当于受终端控制的8选1选择器，它可以根据终端的命令，将8个扩展接口中的一个与输出接口相连。带多路器的KVM系统，终端先和多路器通信，选择指定的总线和自己相连，然后，终端再和该总线上被指定的节点连接，连接过程与不带多路器的方式相同。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于菊花链结构的模拟KVM切换器，包括节点(1)、终端(2)和多路器(15)，多路器(15)连接在节点和终端之间，其特征在于，节点(1)之间采用菊花链结构通过双绞线(5)连接在总线上，每个节点均与一台主机(14)相连；多路器(15)设有扩展接口(16)和输出接口(17)，其中扩展接口与总线相连，输出接口与终端通过连接线相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于菊花链结构的模拟KVM切换器，其特征在于，所述节点(1)上设有近接口(3)和远接口(4)，用连接线依次将各个节点(1)的远接口(4)和下一节点的近接口(3)相连，即形成菊花链状，并将第一个节点的近接口用连线引出，即形成一条总线。

3.根据权利要求2所述的一种基于菊花链结构的模拟KVM切换器，其特征在于，终端(2)上设有终端接口(13)，可以将一条总线直接与终端接口相连。

4.根据权利要求2所述的一种基于菊花链结构的模拟KVM切换器，其特征在于，可以将多条总线分别与多路器(15)的扩展接口(16)相连，再将多路器(15)的输出接口(17)与终端(2)的终端接口(13)通过连接线相连。

5.根据权利要求1所述的一种基于菊花链结构的模拟KVM切换器，其特征在于所述节点(1)主要包括MCU、同步复合电路和视频驱动电路，其中MCU与485总线收发器、视频信号继电器、地址设置拨码开关、LED指示灯、主机键盘接口以及主机鼠标接口相连，485总线收发器挂接在RS-485总线上，视频信号继电器连接在视频总线上；视频信号由主机的VGA显卡输入，经同步复合电路和视频驱动电路进行变换并加以驱动后，由视频信号继电器将视频信号输出到视频总线上进行传输。

6.根据权利要求1所述的一种基于菊花链结构的模拟KVM切换器，其特征在于所述终端主要包括MCU，其中MCU与485总线收发器、键盘、鼠标相连，485总线收发器挂接在RS-485总线上；视频信号经视频总线传输到终端，经差分接收电路对信号进行差分接收、经同步提取电路对视频信号进行同步提取后，与显示器中的OSD芯片产生的0SD电路进行叠加，输出到显示器。

7.根据权利要求1所述的一种基于菊花链结构的模拟KVM切换器，其特征在于，多路器主要包括MCU、485总线收发器、第一8选1开关组、第二8选1开关组以及视频驱动电路，其中MCU与48 5总线收发器、第一8选1开关组以及第二8选1开关组相连；MCU控制485收发器和两组8选1开关组，其中485收发器通过1路485总线与终端通信，根据终端指令，使第一8选1开关组与从8路485总线中的1路相连，使第二8选1开关组选出8路视频总线中的1路，经视频驱动电路后送至视频总线。

Images