CN2800363Y - 微计算机即插即用多用户终端系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种微机即插即用多用户终端系统，包括－8位/16位微处理器控制的硬件接口，其上游通过高速数据传输通道及相应的传输控制器与一微机主机相电性连接；其下游通过总线缓冲驱动电路及标准外围设备互连(PCI)总线来驱动控制一SVGA显示卡来实现与显示器之间的图形图像数据传输，并连接控制一鼠标键盘端口及一音声控制模块构成完整的用户终端系统。其高速数据传输通道可实现带电插拔，连接简易、快捷，且便于终端的灵活配置，即插即用。该系统提供一种可供用一配一、而无须整套配置的独立多用户终端。

Description

微计算机即插即用多用户终端系统

技术领域：

本实用新型涉及一种微计算机即插即用多用户终端系统，属于微计算机技术领域。

背景技术：

现代个人微计算机的迅猛发展将人类科学技术及一切相关领域推向了一个顶峰。以其每秒近40亿(4GHz)次的CPU运算速度，超过5亿(512MB)字节的内存容量，超过2000亿(200GB)字节的硬盘存储容量，及其对高速因特网(1亿比特/秒)及多种语音、图像等多媒体外围设备的支持，现代微计算机的运算处理能力已经数十倍甚至数百倍的超过了20世纪80-90年代期间曾广泛使用的若干种运算速度在每秒千万次至上亿次的多用户小型机系统，甚至在某些方面已可以替代大型机的功能。

然而另一方面，具有如此强大运算处理能力的现代个人微机目前仍基本上停留在单一用户使用和服务上，这不能不说是一种庞大的资源浪费。这种浪费可相当于每个微机用户独自配置并占用一座库存量可达百万册的图书馆，数万台文字输入处理机，及运算处理能力可支持数千套音响设备、数十套影像终端的高技术资源。

近年来国内已出现对个人计算机多用户系统的开发，如可共享微机主机资源的由插入主机主板上的多用户扩展卡和用来连接控制显示器、键盘与鼠标的外置连接盒构成的多用户连接装置，由数个图像处理芯片和数个图像显示模块构成的多用户扩展卡，及与主机配套的包含多路连接线缆或通过无线调制解调控制传输的多用户系统等。但由于这些开发具有系统设计过于复杂，配置缺少灵活性与选拦性，系统与设备的连接存在各种限制，成本过高，使用不便，及软件配套差等缺点，致使这些微机多用户系统的开发迄今仍无法得到推广。

发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种微计算机即插即用多用户终端系统，通过即插即用多用户终端，实现微机主机资源的高效、充分利用，降低系统平均购置与使用成本，大力降低高科技资源和财力物力资源的浪费；同时，通过即插即用多用户终端，使构成的微机多用户系统具有配置灵活，连接、操作、移动方便，价格低廉等优点，且硬件无须更新而只需软件升级，即可使多用户系统始终保持与微机主机相同的技术指标与档次。

本实用新型的技术方案采用如下方法来实现：1、微计算机即插即用多用户终端系统，其特征在于：包括一高速数据传输通道及相应的传输控制器，一8位/16位微控制处理器，微处理器内置或外部扩展数据缓冲存储区，一图像数据传输缓冲驱动电路及图像数据传输控制端口、显示驱动卡和终端显示器，一键盘鼠标传输控制端口及键盘和鼠标，一音声控制模块及音频输入输出设备；

高速数据传输通道通过传输控制器与微控制处理器相电性连接，且与微机主机之间可带电插拔；通过此高速传输通道，微机主机与多用户终端控制系统实现二者间全部控制命令和数据的传输与交换，并保证图像数据的实时传输与显示；

8位或16位微控制处理器，其上游通过传输控制器与高速数据传输通道电性连接，下游与图像输出缓冲驱动电路、键盘鼠标输入端口及音声模块电性连接；用于向上游控制与微机主机间的信号连接和双向数据传输，向下游执行对图像输出缓冲驱动电路和显示端口、键盘鼠标输入端口及音声模块的控制与传输，同时负责产生终端系统的全部时序信号及与总线和各输入输出端口相关的控制、握手信号，并完成终端系统全部传输数据的处理；

图像输出缓冲驱动电路电性连接于微控制处理器与图像输出显示PCI端口之间，微控制处理器通过该缓冲驱动电路与图像输出端口共同来实现图像数据向显示卡和显示器的传输；

键盘鼠标输入端口电性连接于微控制处理器与键盘和鼠标之间，用于将键盘鼠标信号直接送入微控制处理器；系统微控制处理器具有独立的处理键盘鼠标输入的能力，包括将键盘扫描码转换成输出字符或将鼠标位移量转换为显示屏绝对光标位置送系统终端显示；将输入的文字信息或鼠标位置、按键信息暂存于系统数据缓冲区内，或通过高速数据通道送至主机暂存或控制主机上的多用户终端任务作业。

所述的微计算机即插即用多用户终端系统，其中高速数据传输通道由通用串行总线标准USB 2.0和高性能串行总线标准IEEE1394来具体实现，其传输速度可达400兆比特/秒至480兆比特/秒。

所述的微计算机即插即用多用户终端系统，其中8位或16位微控制处理器，其中包含内置数据缓冲存储区或可扩展外部数据缓冲存储区，用于暂存处理的初始、中间及最后结果及各种待向上下游端口交换的数据。

所述的微计算机即插即用多用户终端系统，其中的键盘鼠标传输控制端口及键盘和鼠标，用于实现人机对话界面的文字信息及点或位控制输入。

本实用新型的积极效果在于：通过可带电插拔的高速数据传输通道使用户终端与主机间的连接简易、快捷，且便于终端的移动；终端连接无须复杂的软件安装和设置，因而操作方便，即插即用，且使终端配置灵活，选择多样化，而无须为一种多用户配置添加不必要的整套设备；设计简洁而不包含复杂的总线结构和图像处理芯片及显示模块，从而大大降低了生产成本，便于推广普及；多用户界面作为微软视窗操作系统支持下的应用界面程序，即可利用视窗系统的多任务多用户功能，又不必依赖于庞大的操作系统的更新而实现灵活的更新升级。

附图说明：

图1为本实用新型一个实施例的系统构成框图。

图2为本实用新型采用USB实现高速数据传输通道及控制的一个实施例原理图。

图3为本实用新型采用8051微处理器实现终端系统控制的一个实施例原理图。

图4为本实用新型一个实施例键盘鼠标端口控制连接电路原理图。

图5为本实用新型图形图像PCI端口及其缓冲驱动电路原理图。

图6为本实用新型多用户界面软件流程图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型做进一步的描述：

如图1所示，微机即插即用多用户终端系统由三个部分组成：其一为可快速连接、带电插拔的高速数据传输通道11，其二为多用户终端控制系统，包括高速传输控制器12、一8位或16位微控制处理器21、数据缓冲存储区22、PCI图形端口31及相应的缓冲驱动电路34、键盘鼠标端口41、和音频控制模块51，第三部分为由键盘42、鼠标43、显示卡32和显示器33及音频设备52构成的通用终端设备。

可快速连接、带电插拔的高速数据传输通道11作为多用户终端的重要组成部分，用来实现微机主机与多用户终端之间的全部控制信号与数据的传输，并保证图像数据的实时传输显示和系统即插即用功能的实现。它也是保证多个用户可共享微机主机数据传输总线带宽，最终实现多用户系统的重要部分。实施中高速数据传输通道11可通过通用串行总线标准USB 2.0或高性能串行总线标准IEEE 1394来实现。这两种方式均可支持多设备的连接，其传输速度可达400兆比特/秒至480兆比特/秒甚至更高。数据传输通道及传输控制器与微机主机之间可在加电后连接或断开(带电插拔)，以保证终端系统的即插即用功能。

图1中所示的微控制处理器21，其上游与高速数据传输通道11通过传输控制器12电性连接，下游与图像输出显示端口31通过缓冲驱动电路34、键盘鼠标输入端口41及音声模块51电性连接；其用途为向上游控制与微机主机1间的信号连接和双向数据传输，向下游执行对图像输出显示端口31、键盘鼠标输入端口41及音声模块51的控制与传输，同时负责产生终端系统的全部时序信号及与总线和各输入输出端口相关的控制、握手信号，并完成终端系统全部传输数据的处理。微处理器21包含内置数据缓冲存储区或可扩展外部数据缓冲存储区22，用于暂存处理的初始、中间及最后结果及各种待向上下游端口交换的数据。

图像数据传输控制PCI端口31向上通过驱动缓冲电路34与微控制处理器21电性连接，向下直接与显示驱动卡32电性连接；系统微控制处理器21通过缓冲驱动电路34与PCI端口31共同来实现图像数据的控制传输。

键盘鼠标传输控制端口41及键盘42和鼠标43，用来实现人机对话界面的文字信息及点(位)控制输入。系统还包括一音声控制模块51及音频输入输出设备52，用来产生或再生音频信息。

图2为利用通用串行总线标准USB 2.0实现高速数据传输通道11的一实施例中数据通道与主机连接及传输控制的原理图。USB传输中的带电插拔技术已经相当成熟并已被普遍使用。因而利用USB传输可简化设计，降低成本，并利于应用普及。当图2中的USB电缆将微机主机1与多用户终端控制系统2通过上下游端口连接起来时，微机主机上的USB主控制器驱动软件将自动查询下游的USB端口，并与USB传输控制器12中的串行界面引擎15建立起通讯联系。主机数据与控制信号可通过USB界面16传送至终端系统的数据缓冲区22或微控制处理器21中；而终端系统的指令或请求及数据亦可通过USB界面16以相反方向传送至主机1。由此，多用户终端系统2与微机主机1之间建立起稳定可靠的高速传输通讯与控制机构，并形成多用户系统的基础架构。

另一方面，作为独立的用户终端，系统需具有独立的键盘、鼠标输入和屏幕显示输出。同时，终端系统需对此输入输出具有一定的处理能力，以构成相对不依赖于主机的基本的人机对话界面，减小各终端对主机资源和传输带宽的消耗。图3给出一利用8051微控制处理器21来实现上述多用户终端人机对话界面的实施例原理图。8051作为通用微控制处理器已有多年历史，技术相当成熟，并被广泛使用。通常它包含四个或更多的8位输入输出端口，可被选作数据、地址或控制线连接外部设备；1至2个串行接口，2至3个时钟发生器，1至2路外部中断控制控制线，及读写、重置、时钟等外部控制信号。

在图3所示的实施例中，8051的四个端口被配置为终端系统的数据线与地址线，二者的宽度可由8051控制指令灵活的选择为8位或16位，以满足不同数据输出与设备的要求。与键盘鼠标端口41的连接通过8051串行接口及图4所示的驱动控制电路来实现。其中TDA为键盘鼠标数据信号端口，该信号端口可直接将键盘鼠标串行数据传送给8051的RxD信号端口，或通过R13和Q2接收来自8051 SDA信号端口的串行数据；端口的信号线TCL通过D3和D4分别连接于8051的信号端口SCL和TxD，用来传送和接收端口的串行时钟信号。系统设计使8051的控制逻辑具有独立的键盘输入信号处理能力，包括将键盘扫描码转化为ASCII字符直接送终端显示器显示，并将输入的文字信息送至系统数据缓冲区内暂存，或通过与主机间的高速数据通道送至主机，暂存于主机硬盘上的动态文件中。8051的控制逻辑同时具有对鼠标输入信号的独立处理能力，包括将鼠标位移量转换为显示屏绝对坐标量来直接控制光标位置，对鼠标输入的位置信息和按键信息进行处理，将结果经由与主机相连的高速数据传输通道送至主机，控制主机执行多用户任务作业及数据传输。系统设计使8051的控制逻辑尚可对键盘鼠标进行初始化设置。

如图3所示，多用户终端控制系统2对终端显示器33的控制和数据传输通过图形显示缓冲驱动电路34和PCI显示端口31来实现。图5给出该显示缓冲驱动电路和PCI端口进一步的连接电路原理图。如图所示，微控制处理器8051负责将不同字节的控制显示数据通过其数据线端口传送至(或接收自)缓冲驱动级不同的缓冲锁存芯片，同时产生片选信号并通过地址线端口来控制字节的选取，由此生成PCI端口的32位地址/数据。PCI端口的接口控制信号直接由8051的控制逻辑生成，或直接传送至8051的信号接收线，使显示端口直接在微控制处理器控制下完成图像数据的传输，并获得端口最高传输速度。由图1给出的实施例框图可以看到，终端系统图像数据的最后显示通过显示卡32和显示器33完成。二者均可采用商业化的通用微机外围设备，从而大大降低了终端系统设计制造的复杂性，而使其通用性得到提高，更宜于多用户终端系统的普及与推广。

如图1和图3所示，高速数据传输通道11的实现已建立起多用户终端与主机间的通讯和传输渠道。终端控制系统2进一步的任务是实现与主机的通讯与数据交换，这是开发多用户系统充分利用现代微机主机资源的核心。在如图所示的实施例中，这个任务通常是通过读写与高速数据传输界面相连接的缓冲存储区22来完成。具体过程为：终端微控制处理器21将向主机系统资源发出的指令或请求及数据通过系统数据线和地址线写入缓冲存储区，继而向界面发出读写传输命令。高速数据传输通道接到命令后，即开始向主机传送缓冲区中的数据。驻存于主机内存的多用户界面在收到高速数据通道11传来的数据后，作出相应的响应，或调用主机资源，或提交主机任务，等待主机执行。当任务完成后，主机通过多用户界面将结果数据送至高速数据传输通道11，后者在接到数据后通过传输界面将数据写入缓冲存储区22，并向终端微控制处理器21发出数据处理请求。终端微控制处理器21接收到请求后读取缓冲存储区中的数据，经处理后根据数据类别和相应的控制指令将结果送至指定的端口输出。通过上述过程，多用户终端完成主机支持下的一个任务-作业循环。而这种任务-作业循环连续不断的集合即实现了真正意义的单一微机主机支持下的一个多用户终端操作。

由于多用户终端不设置独立的硬盘，而采取主机硬盘资源共享，其各种文件的显示及音声文件的播放，均需要通过主机资源的调用。而音声文件的录制，亦需直接传送至主机存储。因此，图1和图3中所示的音频控制模块及端口设备通过系统微控制处理器12的串行端口向上连接于通向主机的高速数据传输通道11。当系统传送需连续录制或播放的音频数据文件时，高速数据通道可采用同步传输方式，而系统微控制处理器可采用定时器控制方式，来完成主机至音声控制模块间的数字信号传输；而音声控制模块则负责完成音频数字信号至模拟信号间的转换。

微机即插即用多用户终端的实现，尚需要驻存于主机的多用户界面的支持。它是完成多用户任务-作业管理及主机至多用户终端通讯传输重要组成部分。图6给出系统多用户界面的控制流程图。主机开机并完成系统装载引导及初始化后即可装载多用户界面驱动程序。该驱动程序可定时查询连接与主机上的各多用户终端端口。当接收到任何终端接入信号时，多用户界面启动多用户终端服务程序，对该终端提供服务，并同时维持端口的查询。多用户服务程序包括用户登录，终端排队，终端高速传输通道及控制系统初始化设置。初始化完成后，服务程序即开始查询等待来自于终端高速传输通道的多用户终端控制系统或键盘鼠标命令及相应的数据。根据接收到的命令和数据，服务程序向主机提出资源或作业任务请求，调用主机上的系统或应用软件，并等待主机响应或作业结果输出。根据主机输出结果，服务程序将数据和相关命令通过高速传输通道返回发出请求的终端，显示图像或传输音频数据，并控制其操作。多用户界面服务程序维持上述服务过程直至收到终端的结束服务请求而结束通讯和服务。

微机即插即用多用户终端提供了一种简便易行的微机多用户系统解决方案。这一方案将有利于多用户系统的应用和普及。而微机多用户系统的普及应用，必将为小到单个家庭，大到整个国家在未来十年甚至更长的时间里，节约大量财力物力资源与高科技资源。

Claims (4)

1、微计算机即插即用多用户终端系统，其特征在于：包括一高速数据传输通道(11)及相应的传输控制器(12)，一8位/16位微控制处理器(21)，微处理器内置或外部扩展数据缓冲存储区(22)，一图像数据传输缓冲驱动电路(34)及图像数据传输控制端口(31)、显示驱动卡(32)和终端显示器(33)，一键盘鼠标传输控制端口(41)及键盘(42)和鼠标(43)，一音声控制模块(51)及音频输入输出设备(52)；

高速数据传输通道(11)通过传输控制器(12)与微控制处理器(21)相电性连接，且与微机主机(1)之间可带电插拔；通过此高速传输通道，微机主机(1)与多用户终端控制系统(2)实现二者间全部控制命令和数据的传输与交换，并保证图像数据的实时传输与显示；

8位或16位微控制处理器(21)，其上游通过传输控制器(12)与高速数据传输通道(11)电性连接，下游与图像输出缓冲驱动电路(34)、键盘鼠标输入端口(41)及音声模块(51)电性连接；用于向上游控制与微机主机间的信号连接和双向数据传输，向下游执行对图像输出缓冲驱动电路(34)和显示端口(31)、键盘鼠标输入端口(41)及音声模块(51)的控制与传输，同时负责产生终端系统的全部时序信号及与总线和各输入输出端口相关的控制、握手信号，并完成终端系统全部传输数据的处理；

图像输出缓冲驱动电路(34)电性连接于微控制处理器(21)与图像输出显示PCI端口(31)之间，微控制处理器(21)通过该缓冲驱动电路与图像输出端口共同来实现图像数据向显示卡(32)和显示器(33)的传输；

键盘鼠标输入端口(41)电性连接于微控制处理器(21)与键盘(42)和鼠标(43)之间，用于将键盘鼠标信号直接送入微控制处理器(21)；系统微控制处理器(21)具有独立的处理键盘鼠标输入的能力，包括将键盘扫描码转换成输出字符或将鼠标位移量转换为显示屏绝对光标位置送系统终端显示；将输入的文字信息或鼠标位置、按键信息暂存于系统数据缓冲区内，或通过高速数据通道(11)送至主机暂存或控制主机上的多用户终端任务作业。

2、根据权利要求1所述的微计算机即插即用多用户终端系统，其特征在于所述的高速数据传输通道(11)由通用串行总线标准USB 2.0和高性能串行总线标准IEEE 1394来具体实现，其传输速度可达400兆比特/秒至480兆比特/秒。

3、根据权利要求1所述的微计算机即插即用多用户终端系统，其特征在于所述的8位或16位微控制处理器(21)，其中包含内置数据缓冲存储区或可扩展外部数据缓冲存储区(22)，用于暂存处理的初始、中间及最后结果及各种待向上下游端口交换的数据。

4、根据权利要求1所述的微计算机即插即用多用户终端系统，其特征在于所述的键盘鼠标传输控制端口(41)及键盘(42)和鼠标(43)，用于实现人机对话界面的文字信息及点或位控制输入。

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