一种高密度可扩展的KVM监控系统 【技术领域】
本发明涉及一种计算机监控技术，具体地说是一种高密度可扩展的KVM监控系统。
背景技术
随着社会的快速发展，企业规模扩大、数据处理任务的增加导致了服务器向机群化的方向发展，几百个节点的服务器机群系统开始屡见不鲜。机房空间和机群管理也越来越成问题。KVM技术就应运而生了。
KVM是键盘(Keyboard)、显示器(Video)、鼠标(Mouse)的缩写，可以让管理者摒弃多余的键盘、监视器和鼠标，通过一套KVM就可以访问及控制许多台服务器。
在现有的KVM系统可分为并行连接方式和串行连接方式，其中，并行KVM切换系统和每一台被控计算机直接相连，造成在设备空间有限的情况下，系统可连接数量十分有限，一般为8台、16台，最多32台，且扩展十分不便，受到信号质量的制约及线缆密度大，一般级联3级就会造成信号质量劣化和布线混乱的局面。
串行KVM在结构上相对并行KMV作出了根本改变。它利用计算机接口模块连接被控计算机，接口模块之间通过网线串行连接，使被控计算机组成一个链路。在布线及扩展方式上大大的简化了，通常一个链路的连接理论峰值为127台计算机。这是一般的扩展，涉及到更大规模的应用，一般需要扩展一个多路器设备，即通过一个N选1的多路器把要监控的链路引导到用户操作平台上。这样的扩展也存在问题：一是布线，另外配置多路选择器，使得布线变得繁琐，另外使整个系统结构变得不紧凑；二是信号质量，多路选择设备在某种程度上说是一个信号中继，这对于强调信号质量的串行KVM而言十分不利，每次中继，必然涉及到信号的反射与串扰，而作为一个独立的设备，相对长的外部引线使信号匹配无法做的很好。
【发明内容】
本发明的技术任务是提供一种将多路切换技术无缝的融入了用户控制平台，在狭小的空间内，使得系统的可扩展性和信号质量都得到了很好的保证的一种高密度可扩展的KVM监控系统。
本发明的技术任务是按以下方式实现的，包括控制台和被控计算机，一台控制台控制多台被控计算机；每台被控计算机上都连接有一个计算机接口模块，被控计算机与计算机接口模块通过鼠标线、键盘线和视频线相连；多个计算机接口模块之间以超5类网线串联，形成一个被控计算机链路，每一条被控计算机链路连接至控制台；使用者通过控制台对被控计算机进行监控和操作；计算机接口模块将被控计算机的视频信号传输到控制台，并将控制台发出的鼠标、键盘动作信号传送给被控计算机；控制台采用高速切换技术，可扩展N条被控计算机链路，N＝2n；用户操作平台是控制台外接的本地鼠标、键盘、显示器，以OSD菜单作为人机交互界面，OSD菜单提供通道选择列表，用户可通过键盘选择进行各个被控计算机链路之间的切换，并对相应链路中的某台被控计算机设备进行控制操作。
所述的控制台包括高速开关阵列、MCU控制器I和CPLD芯片组成的编码模块、OSD专用芯片、MCU控制器II，MCU控制器I连接CPLD芯片，CPLD芯片连接高速开关阵列，MCU控制器II连接OSD专用芯片，MCU控制器I与MCU控制器II连接，MCU控制器II连接控制台外接的本地鼠标、键盘，OSD专用芯片连接控制台外接的本地显示器，高速开关阵列连接被控计算机链路。
OSD专用芯片产生OSD菜单操作的显示画面，OSD芯片的控制端和数据来源都是通过MCU控制器II，MCU控制器I与MCU控制器II之间通过RS232接口进行数据通讯，MCU控制器I将当前高速开关阵列的状态实时通知给MCU控制器II，MCU控制器II把用户操作平台用户最新切换指令发送给MCU控制器I，由MCU控制器I直接执行相关操作。
高速开关阵列由MCU控制器I和CPLD芯片组成的编码模块控制，MCU控制器I给出n位控制索引信号，此n位索引信号作为CPLD芯片的输入，在CPLD芯片中使用VHDL语言设计的译码电路模块，将n位索引信号译码成为N路选通信号，N＝2n，对高速开关阵列进行控制。
高速开关阵列可扩展N条计算机链路，N＝2n；N个计算机链路由高速开关阵列的差分高速开关芯片选通与截止，每个计算机链路由一个拥有4对差分高速开关的差分高速开关芯片TS3DV416控制，其中1对差分高速开关用于传输数字控制信号，另外3对差分高速开关用于传输视频模拟信号；该差分高速开关芯片带宽可达800MHZ以上；差分高速开关芯片设有选通信号，当差分高速开关芯片被选通时，输入和输出相连通；当差分高速开关芯片被截止时，输出保持高阻状态；整个高速开关阵列正是由N个这样的差分高速开关芯片部件构成，形成了N选1的多路复用式结构；在每组被选通的被控计算机视频信号的末端，连接有阻容信号匹配网络，消除每个被控计算机链路的信号反射和共模干扰。
每个被控计算机链路最大容量可串联127台被控计算机，控制台的高速切换技术对被控计算机链路进行了N路扩展，N＝2n，使系统具备了数量为N*127个被控计算机的庞大监控密度。
OSD是on-screen display的简称，即屏幕菜单式调节方式。一般是按Menu键后屏幕弹出的显示器各项调节项目信息的矩形菜单，可通过该菜单对显示器各项工作指标包括色彩、模式、几何形状等进行调整，从而达到最佳的使用状态。它通过显示在屏幕上的功能菜单达到调整各项参数的目的。
CPLD(Complex Programmable Logic Device)复杂可编程逻辑器件，是从PAL和GAL器件发展出来的器件，相对而言规模大，结构复杂，属于大规模集成电路范围。是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能地数字集成电路。其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆(“在系统”编程)将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统。
MCU(Micro Control Unit)中文名称为微控制单元，又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)或者单片机，是指随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。
本发明的一种高密度可扩展的KVM监控系统具有以下优点：
1、将多路切换技术无缝的融入了用户控制平台，在狭小的空间内，使得系统的可扩展性和信号质量都得到了很好的保证；
2、不增加系统成本和布线难度，并提供了完整简易的人机接口方案；
3、差分高速开关芯片带宽可达800MHZ以上，低串扰、低阻抗，可以最大限度的保障模拟视频信号和数字控制信号在高密度集中情况下的传输质量；
4、OSD菜单操作，不但调整方便，而且调整的内容也多；
5、设计合理、使用方便，因而，具有很好的推广使用价值。
【附图说明】
下面结合附图对本发明进一步说明。
附图1为一种高密度可扩展的KVM监控系统的模块框图；
附图2为一种高密度可扩展的KVM监控系统的差分高速开关芯片的连接图；
附图3为一种高密度可扩展的KVM监控系统的差分高速开关芯片选通信号译码电路图。
【具体实施方式】
参照说明书附图和具体实施例对本发明的一种高密度可扩展的KVM监控系统作以下详细地说明。
实施例：
如附图1所示，本发明的一种高密度可扩展的KVM监控系统，其结构包括控制台和被控计算机，一台控制台控制多台被控计算机；每台被控计算机上都连接有一个计算机接口模块，被控计算机与计算机接口模块通过鼠标线、键盘线和视频线相连；多个计算机接口模块之间以超5类网线串联，形成一个被控计算机链路，每一条被控计算机链路连接至控制台；使用者通过控制台对被控计算机进行监控和操作；计算机接口模块将被控计算机的视频信号传输到控制台，并将控制台发出的鼠标、键盘动作信号传送给被控计算机；控制台采用高速切换技术，可扩展N条被控计算机链路，N＝2n；用户操作平台是控制台外接的本地鼠标、键盘、显示器，以OSD菜单作为人机交互界面，OSD菜单提供通道选择列表，用户可通过键盘选择进行各个被控计算机链路之间的切换，并对相应链路中的某台被控计算机设备进行控制操作。
所述的控制台包括高速开关阵列、MCU控制器I和CPLD芯片组成的编码模块、OSD专用芯片、MCU控制器II，MCU控制器I连接CPLD芯片，CPLD芯片连接高速开关阵列，MCU控制器II连接OSD专用芯片，OSD专用芯片连接高速开关阵列，MCU控制器I与MCU控制器II连接，MCU控制器II连接控制台外接的本地鼠标、键盘，OSD专用芯片连接控制台外接的本地显示器，高速开关阵列连接被控计算机链路。
OSD专用芯片产生OSD菜单操作的显示画面，OSD芯片的控制端和数据来源都是通过MCU控制器II，MCU控制器I与MCU控制器II之间通过RS232接口进行数据通讯，MCU控制器I将当前高速开关阵列的状态实时通知给MCU控制器II，MCU控制器II把用户操作平台用户最新切换指令发送给MCU控制器I，由MCU控制器I直接执行相关操作。
高速开关阵列由MCU控制器I和CPLD芯片组成的编码模块控制，MCU控制器I给出n位控制索引信号，此n位索引信号作为CPLD芯片的输入，在CPLD芯片中使用VHDL语言设计的译码电路模块，将n位索引信号译码成为N路选通信号，N＝2n，对高速开关阵列进行控制。
如图2所示，高速开关阵列可扩展N条计算机链路，N＝2n；N个计算机链路由高速开关阵列的差分高速开关芯片选通与截止，每个计算机链路由一个拥有4对差分高速开关的差分高速开关芯片TS3DV416控制，其中1对差分高速开关用于传输数字控制信号，另外3对差分高速开关用于传输视频模拟信号；该差分高速开关芯片带宽可达800MHZ以上；差分高速开关芯片设有选通信号，当差分高速开关芯片被选通时，输入和输出相连通；当差分高速开关芯片被截止时，输出保持高阻状态；整个高速开关阵列正是由N个这样的差分高速开关芯片部件构成，形成了N选1的多路复用式结构；在每组被选通的被控计算机视频信号的末端，连接有阻容信号匹配网络，消除每个被控计算机链路的信号反射和共模干扰。
由于目标被控计算机的视频信号被编码为3对差分信号在网线上传输，另外还有鼠标、键盘等控制信号需要传输，因此该高速开关阵列的差分高速开关芯片的4对差分高速开关正好满足传输需要。另外，800MHZ的带宽成为视频信号的传输质量的必要保证。
每个被控计算机链路最大容量可串联127台被控计算机，控制台的高速切换技术对被控计算机链路进行了N路扩展，N＝2n，使系统具备了数量为N*127个被控计算机的庞大监控密度。
如图3所示，是高速开关阵列的选通信号产生机制，以一个扩展16路串行KVM系统为例进行说明，以一个CPLD芯片为基础构建选通逻辑。其中，A0，A1，A2，A14为输入信号，由MCU控制器I产生；CS0～CS15为输出选通信号，即此电路为一个16选1的译码器。A0，A1，A2，A14的不同组合一共有16种，因此电路可以保证在任意时刻，输出信号CS0～CS15仅有一个处于有效电位，即选通状态。该选通信号连接至图2所示的差分高速开关芯片，即可控制该被控计算机链路的选通与否。若系统需要扩展更多计算机链路，则修改此译码电路即可，CPLD芯片的可编程性使得系统非常容易扩展。图3中74138是CPLD芯片中的译码电路模块用到的3到8的译码器。
除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。