一种刀片服务器KVM装置

1.一种刀片服务器KVM装置，其特征在于：所述装置包括KM系统和VGA系统，CPU1接收所述装置的切换命令，同时把KM系统和VGA系统切换到同一计算刀片上，所述KM系统对键盘和鼠标进行本地和远程控制，所述VGA系统对VGA进行本地和远程控制；
所述KM系统包括计算刀片KM子系统、中板KM子系统和管理模块KM子系统；
所述计算刀片KM子系统包括单片机、RS485转换芯片、KVM按钮和KVM指示灯；所述单片机利用GPIO针脚连接主板KVM电路的PS2键盘和鼠标信号线，所述单片机具备RS232总线接口，利用RS485转换芯片将RS232总线转换成RS485总线，然后连接到中板的RS485总线，单片机把产生或者接收的PS2数据依靠RS232总线和RS485总线进行传输，KVM按钮和KVM指示灯位于计算刀片的前面板上，分别通过各自的信号线经过中板连接管理模块上的CPU1。
2.根据权利要求1所述的刀片服务器KVM装置，其特征在于：所述中板KM子系统将来自每个计算刀片的RS485总线和来自管理模块的RS485总线组成共享总线的形式，把来自每个计算刀片的KVM按钮信号线和KVM指示灯信号线连接到管理模块的CPU1上。
3.根据权利要求1所述的刀片服务器KVM装置，其特征在于：所述管理模块KM子系统包括CPU1，其GPIO脚连接来自每个计算刀片的KVM按钮信号线和KVM指示灯信号线；CPU1具有RS232接口，并通过RS485转换芯片把RS232总线转换成RS485总线，与中板的RS485总线连接组成共享总线的形式，CPU1利用4个GPIO脚模拟出PS2信号线，然后分为两路，其中一路PS2信号线经过开关芯片连接到PS2接插件，在PS2接插件上插入PS2键盘和鼠标，即可控制计算刀片的KM，实现本地KM功能；另一路PS2信号线连接到CPU2，依次经过以太网络、RJ45接插件和以太网络与远端的控制终端实现通讯；所述PS2信号线包括键盘的时钟信号线、键盘的数据信号线、鼠标的时钟信号线和鼠标的数据信号线。
4.根据权利要求1所述的刀片服务器KVM装置，其特征在于：所述VGA系统包括计算刀片VGA子系统、中板VGA子系统和管理模块VGA子系统。
5.根据权利要求4所述的刀片服务器KVM装置，其特征在于：所述计算刀片VGA子系统把每个计算刀片上的VGA信号引入到中板上的N:1多路选择器；所述中板VGA子系统在中板上设有N:1多路选择器，CPU1通过IIC总线控制所述N:1多路选择器；所述管理模块VGA子系统把来自中板的VGA信号RGBHV中的RGB信号引入OSD视频合成芯片，H信号和V信号引入2:1行场多路选择器，H信号同时也引入CPU1，CPU1通过采集原先VGA的H信号，利用锁相环PLL产生OSD菜单所需要的行信号H_ARM和场信号V_ARM，然后被引入2:1行场多路选择器，CPU1通过EN_HV信号线控制2:1行场多路选择器在H信号和V信号、H_ARM信号和V_ARM信号之间选择一路输出，输出的行场信号分别为H_OUT和V_OUT，H_OUT和V_OUT分别被引入到OSD生成芯片、CPU2和本地VGA接插件，并且H_OUT还被引入到OSD视频合成芯片，OSD视频合成芯片生成的合成RGB信号一路输入CPU2，为远程KVM提供VGA数据，另一路引入本地VGA接插件，结合H_OUT和V_OUT，组成本地VGA显示所需要的信号，在本地VGA接插件上外接显示器来显示，实现本地VGA。

一种刀片服务器KVM装置\n技术领域\n[0001] 本发明属于计算机技术领域，具体涉及一种刀片服务器KVM装置。\n背景技术\n[0002] KVM，即Keyboard、VGA、Mouse，是键盘、视频、鼠标的简称，是计算机常规的IO设备。\n在一般情况下，每台计算机拥有一套自己的KVM系统。对于刀片服务器来说，因为其拥有独特的拓扑架构，所以其KVM的设计有自己独特之处。\n[0003] OSD（On-Screen-Display）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。\n[0004] 目前KVM常用方式是在刀片服务器的计算刀片模块和管理模块上各自放置基板管理控制器BMC(baseboard management controller)芯片(例如Aspeed公司的AST2300芯片)来实现本地KVM的功能，如图1所示。BMC对计算刀片的KVM数据和命令进行打包、解包，并通过百兆或者千兆网络进行传输和交换，最后连接到一个电脑终端来进行显示和控制。\n[0005] 现有技术的缺点在于：BMC芯片的价格比较贵；BMC的配套程序代码被控制在极少数的厂商手中，无论开发还是销售产品都需要付出昂贵的知识产权费用。如果用户采用购买源代码的开发方式，需要支持购买源代码的费用。\n发明内容\n[0006] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种刀片服务器KVM装置，该装置成本低，结构简单，实现简单，成本低廉，使用的芯片都是极其普通的IC，同时实现了多种KVM控制方式，用户可以根据理解自己编写代码。在目前现行的BMC管理方式中没有OSD菜单的方式。\n[0007] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：\n[0008] 一种刀片服务器KVM装置，所述装置包括KM系统和VGA系统，CPU1接收所述装置的切换命令，同时把KM系统和VGA系统切换到同一计算刀片上，所述KM系统对键盘和鼠标进行本地和远程控制，所述VGA系统对VGA进行本地和远程控制。\n[0009] 所述KM系统包括计算刀片KM子系统、中板KM子系统和管理模块KM子系统。\n[0010] 所述计算刀片KM子系统包括单片机（MCU）、RS485转换芯片、KVM按钮和KVM指示灯；\n所述单片机利用GPIO针脚连接主板KVM电路的PS2键盘和鼠标信号线，所述单片机MCU具备RS232总线接口，利用RS485转换芯片将RS232总线转换成RS485总线，然后连接到中板（Midplane）的RS485总线，单片机把产生或者接收的PS2数据依靠RS232总线和RS485总线进行传输，KVM按钮和KVM指示灯位于计算刀片的前面板上，分别通过各自的信号线经过中板连接管理模块上的CPU1。\n[0011] 所述中板KM子系统将来自每个计算刀片的RS485总线和来自管理模块的RS485总线组成共享总线（share bus）的形式，把来自每个计算刀片的KVM按钮信号线和KVM指示灯信号线连接到管理模块的CPU1上。\n[0012] 所述管理模块KM子系统包括CPU1，其GPIO脚连接来自每个计算刀片的KVM按钮信号线和KVM指示灯信号线；CPU1具有RS232接口，并通过RS485转换芯片把RS232总线转换成RS485总线，与中板的RS485总线连接组成共享总线的形式，CPU1利用4个GPIO脚模拟出PS2信号线，然后分为两路，其中一路PS2信号线经过开关芯片连接到PS2接插件，在PS2接插件上插入PS2键盘和鼠标，即可控制计算刀片的KM，实现本地KM功能；另一路PS2信号线连接到CPU2，依次经过以太网络、RJ45接插件和以太网络与远端的控制终端实现通讯；所述PS2信号线包括键盘的时钟信号线、键盘的数据信号线、鼠标的时钟信号线和鼠标的数据信号线。\n[0013] 所述VGA系统包括计算刀片VGA子系统、中板VGA子系统和管理模块VGA子系统。\n[0014] 所述计算刀片VGA子系统把每个计算刀片上的VGA信号引入到中板上的N:1多路选择器；所述中板VGA子系统在中板上设有N:1多路选择器，CPU1通过IIC总线控制所述N:1多路选择器；所述管理模块VGA子系统把来自中板的VGA信号RGBHV中的RGB信号引入OSD视频合成芯片，H信号和V信号引入2:1行场多路选择器，H信号同时也引入管理模块CPU1，管理模块CPU1通过采集原先VGA的H信号，利用锁相环PLL产生OSD菜单所需要的行信号H_ARM和场信号V_ARM，然后被引入2:1行场多路选择器，管理模块CPU1通过EN_HV信号线控制2:1行场多路选择器在H信号和V信号、H_ARM信号和V_ARM信号之间选择一路输出，输出的行场信号分别为H_OUT和V_OUT，H_OUT和V_OUT分别被引入到OSD生成芯片、CPU2和本地VGA接插件，并且H_OUT还被引入到OSD视频合成芯片，OSD视频合成芯片生成的合成RGB信号一路输入CPU2，为远程KVM提供VGA数据，另一路引入本地VGA接插件，结合H_OUT和V_OUT，组成本地VGA显示所需要的信号，在本地VGA接插件上外接显示器来显示，实现本地VGA。\n[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供一种刀片服务器KVM装置，该装置成本低，结构简单，实现简单，成本低廉，使用的芯片都是极其普通的IC，同时实现了多种KVM控制方式，用户可以根据理解自己编写代码。在目前现行的BMC管理方式中没有OSD菜单的方式，而且涉及知识产权费用等问题。\n附图说明\n[0016] 图1是现有技术中利用BMC实现KVM功能示意图；\n[0017] 图2是刀片服务器KVM装置结构示意图；\n[0018] 图3是计算刀片KVM结构示意图；\n[0019] 图4是管理模块KVM结构示意图。\n具体实施方式\n[0020] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。\n[0021] 本发明提供一种刀片服务器KVM装置，所述装置包括KM系统和VGA系统，CPU1接收所述装置的切换命令，同时把KM系统和VGA系统切换到同一计算刀片上，所述KM系统对键盘和鼠标进行本地和远程控制，所述VGA系统对VGA进行本地和远程控制。\n[0022] 所述KM系统包括计算刀片KM子系统、中板KM子系统和管理模块KM子系统。\n[0023] 刀片服务器有多个计算刀片，每个计算刀片的设计都是一样的，图2只示意了2个计算刀片，即Blade1(101)和BladeN(N-101)，略去了其他计算刀片。N表示第N个计算刀片，这N个计算刀片都是一样的。下面对于计算刀片相同的部分只拿Blade1(101)为例进行阐述。\n[0024] 所述计算刀片KM子系统是由单片机MCU(107)、RS485转换芯片（110）、KVM按钮(105)和KVM指示灯(106)组成。单片机(107)利用GPIO针脚连接主板KVM电路（112）的PS2键盘和鼠标信号线（108）。所用的单片机（107）需要具备RS232总线（109）接口，利用RS485转换芯片（110）把RS232总线（109）转换成RS485总线（111），然后连接到中板（Midplane）(201)的RS485总线（111）。单片机（107）把所产生或者所接收的PS2数据依靠RS232总线（109）和RS485总线（111）进行传输。KVM按钮(105)和KVM指示灯(106)位于计算刀片的前面板上，分别通过KVM_Request_1信号线（103）和KVM_LED_1信号线（104）经过中板(201)连接管理模块（301）的CPU1(302)。\n[0025] 所述中板KM子系统是把来自每个计算刀片的RS485总线和来自管理模块的RS485总线组成share bus（共享总线）形式（111）。把来自每个计算刀片的KVM按钮信号线（如KVM_Request_1信号线（103）、KVM_Request_N信号线（N-103））和指示灯信号线(如KVM_LED_1信号线（104）、KVM_JED_N信号线（N-104）)连接到管理模块(301）的CPU1(302)上。\n[0026] 所述管理模块KM子系统在管理模块（301）上有一个CPU1(302)，其GPIO脚连接来自每个计算刀片的KVM按钮信号线和KVM指示灯信号线。CPU1(302)应具有RS232接口，并通过RS485转换芯片（304）把RS232总线（303）转换成RS485总线（111），与中板(201)的RS485总线（111）连接在一起组成share bus（共享总线）形式。CPU1(302)利用4个GPIO脚模拟出PS2信号线（键盘的时钟信号线、键盘的数据信号线、鼠标的时钟信号线、鼠标的数据信号线）(324)，然后分为两路。其中一路PS2信号线（324）经过开关芯片（327）连接到PS2接插件（PS2 CONN）(325)。在PS2接插件(325)上插入PS2键盘和鼠标，就可以控制计算刀片的KM，实现本地KM功能。另一路PS2信号线（324）连接到CPU2(320)，依次经过以太网络（321）、RJ45接插件（322）和以太网络（328）与远端的控制终端（329）实现通讯。这一路的作用是实现远程KM功能。\n[0027] KM系统的工作原理如下：计算刀片上的单片机（107）作为PS2模拟器和PS2数据的接收发送器，一方面单片机（107）与主板系统的PS2数据线相连充当PS2模拟器，即通过对单片机编程模拟实现一个虚拟的PS2键盘和鼠标，遵循PS2协议，实现了在单片机（107）和主板KVM电路（112）之间PS2数据和命令的传输和执行；另一方面单片机（107）充当PS2数据的接收发送器，把其RS232总线（109）转换为RS485总线（111），通过这两种总线把PS2数据进行发送和接收，实现与管理模块上CPU1之间PS2数据的交互通讯。管理模块的CPU1也充当PS2数据的接收发送器和PS2模拟器。CPU1通过RS232和RS485总线与计算刀片之间进行PS2数据的接收和发送。CPU1又充当PS2主设备模拟器，把其GPIO信号线模拟成PS2信号线进行分叉连接，一端连接PS2接插件，PS2接插件上插有PS2键盘和鼠标，实现本地KM功能；一端连接CPU2，为远程KM提供交互传输的PS2数据。\n[0028] 所述VGA系统包括计算刀片VGA子系统、中板VGA子系统和管理模块VGA子系统；所述的计算刀片VGA子系统是把每个计算刀片上的VGA信号（如113，N-113）引入到中板（201）上的N:1多路选择器（202）。\n[0029] 所述的中板VGA子系统是在中板上设计了一个N:1的多路选择器（202），作用是把来自N个计算刀片的VGA信号RGBHV选择任意一路VGA信号RGBHV（317）输出给管理模块（301）。CPU1(302)通过IIC总线（309）控制多路选择器（202）来实现N选1的功能。\n[0030] 所述的管理模块VGA子系统是把来自中板的VGA信号RGBHV（317）中的RGB信号（310）引入OSD视频合成芯片（318），H信号（308）和V信号（311）引入2:1的行场多路选择器（312），H信号（308）同时也引入CPU1(302)。CPU1(302)通过采集原先VGA的H信号（308），利用PLL（Phase Locked Loop锁相环）倍频技术产生OSD菜单所需要的行信号H_ARM(307)、场信号V_ARM(306)，然后被引入行场多路选择器（312）。CPU1(302)通过EN_HV信号线（305）控制行场多路选择器（312）在H（308）、V（311）信号和H_ARM(307)、V_ARM(306)信号之间选择一路输出，输出的行场信号分别为H_OUT(314)、V_OUT（313）。H_OUT(314)、V_OUT（313）分别被引入到OSD生成芯片（315）、CPU2(320)和本地VGA接插件（VGACONN）(323)，并且H_OUT(314)还被引入到OSD视频合成芯片（318）。OSD视频合成芯片（318）生成的合成RGB信号（319）一路输入CPU2(320)，为远程KVM提供VGA数据，另一路引入本地VGA接插件(323)，结合H_OUT(314)、V_OUT（313），组成本地VGA显示所需要的信号，在本地VGA接插件(323)上外接显示器（330）来显示，实现本地VGA。\n[0031] VGA系统的工作原理是CPU1(302)通过IIC总线（309）控制多路选择器（202）在多个计算刀片的VGA信号中选择一路VGA信号输出给管理模块。此VGA信号经过OSD生成合成电路后一路引入本地VGA接插件，可以外接VGA显示器进行本地VGA显示，实现本地VGA功能；一路引入CPU2，为远程VGA功能显示提供数据。\n[0032] 所述的远程KM功能和远程VGA功能合成为远程KVM功能。CPU2(320)把从CPU1（302）传输过来的PS2数据（324）和合成RGB数据（319）、H_OUT(314)、V_OUT（313）进行编解码，通过以太网络与远端的控制终端（329）实现通讯，控制终端（329）对KVM数据进行编解码并借助于所安装的客户端程序会在控制终端（329）上模拟出计算刀片显示界面，并实现键盘和鼠标的控制。\n[0033] OSD电路设计实现原理：OSD功能的激活是借助于本地PS2键盘和鼠标（331）输入预先定义的命令（例如‘Ctrl+F2’组合键）来实现的。当CPU1(302)收到激发OSD功能的热键命令后，采集原先VGA的H信号（308），利用PLL（Phase Locked Loop锁相环）倍频技术产生OSD所需要的行信号H_ARM(307)、场信号V_ARM(306)。与此同时，CPU1(302)控制EN_HV信号线（305）使行场多路选择器（312）选择行信号H_ARM(307)、场信号V_ARM(306)作为H_OUT(314)、V_OUT（313）。CPU1(302)利用IIC总线（309）控制OSD生成芯片（315）在H_OUT(314)、V_OUT（313）消隐期产生OSD VGA信号（316）。OSD视频合成芯片（318）利用H_OUT(314)的时序把OSD VGA信号（316）和RGB信号（310）合成具有OSD菜单的VGA信号（319），并结合H_OUT(314)、V_OUT（313）信号输出给本地VGA接插件(323)上的显示器（330），实现本地VGA功能。\n[0034] 当OSD功能没有激活时，CPU1(302)控制EN_HV信号线（305）使行场多路选择器（312）选择H(308)、V(311)作为H_OUT(314)、V_OUT（313）。CPU1(302)不会通过IIC总线（309）给OSD生成芯片（315）发出生成OSD VGA信号（316）的命令。OSD视频合成芯片（318）只是简单的把从计算刀片传输过来的RGB信号（310）不加任何变换的输出，一路直接传递给CPU2(320)，并结合从计算刀片传输过来不加任何变换的H_OUT(314)、V_OUT（313）信号实现远程VGA功能，另一路输出给本地VGA接插件(323)上的显示器（330）并结合从计算刀片传输过来不加任何变换的H_OUT(314)、V_OUT（313）信号实现本地VGA功能。\n[0035] KM系统和VGA系统协同切换方法是，无论是采用KVM按钮切换方式、OSD菜单切换方式还是远程KVM界面控制的KVM切换方式，当CPU1控制中板的RS485总线与某个计算刀片建立KM数据链路的同时，通过其IIC总线（309）控制多路选择器选择输出此计算刀片的VGA信号建立VGA数据链路，保证KM电路和VGA电路联通的是同一个计算刀片。KM数据链路和VGA数据建立后，就可以对此计算刀片执行本地KVM或者远程KVM功能。\n[0036] KM系统和VGA系统协同切换方式包括：\n[0037] 方式1：KVM按钮切换方式；\n[0038] 方式2：OSD菜单切换方式；\n[0039] 方式3：远程KVM界面控制的KVM切换方式。\n[0040] 所述方式1的具体过程如下：\n[0041] 步骤1：在多个计算刀片中，确定需要切换使用KVM的计算刀片；\n[0042] 步骤2：按动此计算刀片上的KVM按钮，向管理模块发出KVM切换请求；KVM按钮位于每个计算刀片的前面板上，每个计算刀片的KVM按钮各有一条信号线，通过中板连接到管理模块的CPU1针脚上。按动某个计算刀片上的KVM按钮，所连信号线的电平会变化，管理模块上的CPU1检测到电平的变化就认为此计算刀片发出了KVM的切换请求；\n[0043] 步骤3：管理模块收到KVM切换请求后，分析目前整个刀片系统KVM的使用情况，然后做出判断；\n[0044] 步骤4：如果KVM正在被其他计算刀片使用管理模块会做出不切换的判断，于是控制此计算刀片的KVM指示灯闪烁，表明KVM功能正在被其他计算刀片使用还无法切换过来，需要等一段时间再来尝试，即循环到步骤1；\n[0045] KVM指示灯位于每个计算刀片的前面板上，每个计算刀片的KVM指示灯各有一条信号线，通过中板连接到管理模块的CPU1针脚上。CPU1通过控制KVM指示灯的电平变化来控制KVM指示灯的状态，表明KVM功能正忙或者空闲状态。\n[0046] 每个计算刀片的KVM系统电路设计分为KM系统电路设计和VGA系统电路设计。\n[0047] 如果KVM空闲，管理模块就把KVM功能切换到此计算刀片上，同时控制此计算刀片的KVM指示灯常亮。\n[0048] 步骤5：如果KVM切换成功，就可以执行本地和远程KVM一系列操作了。\n[0049] 方式2中，OSD菜单切换方式实现方法：\n[0050] 当本地KVM工作时，借助于本地PS2键盘和鼠标（331）输入预先定义的命令（例如‘Ctrl+F2’组合键）来激活OSD功能。CPU1(302)通过IIC总线（309）对OSD生成芯片（315）进行编程实现OSD菜单，提供计算刀片选择的选项，按下本地PS2键盘的<↑>，<↓>或者，键后，选择需要切换的刀片，然后再按下<回车>键，于是CPU1(302)会收到切换的命令。假设所选择的是第N个计算刀片，CPU1(302)在接到切换命令后控制中板的RS485总线（111）与第N个计算刀片建立连接，建立KM数据链路；同时通过IIC总线（309）控制多路选择器（202）选择第N个计算刀片的VGA信号作为RGBHV信号(317)，建立了VGA数据链路；KM数据链路和VGA数据建立后，就可以对第N个计算刀片执行本地KVM。\n[0051] 方式3中，远程KVM界面控制的KVM切换方式如下：\n[0052] 远端的控制终端（329）借助于所安装的客户端程序，会显示所有检测到的计算刀片列表，点击任意一个计算刀片，远程KVM就会切换到那个计算刀片上。假设所选择的是第N个计算刀片‘，点击’此计算刀片后，远端的控制终端（329）会把此命令通过以太网发给CPU2(320),然后再通过PS2协议发给CPU1(302)。CPU1(302)控制中板的RS485总线（111）与第N个计算刀片建立连接，建立KM数据链路；同时通过IIC总线（309）控制多路选择器（202）选择第N个计算刀片的VGA信号作为RGBHV信号(317)，建立了VGA数据链路；KM数据链路和VGA数据建立后，就可以对第N个计算刀片执行远程KVM。\n[0053] 本发明采用的单片机（107）为Atmel公司的AT89S52，RS485转换芯片（110）和（304）为SIPEX公司SP3072E，CPU1(302)和CPU2(320)为NXP公司的LPC2132，2:1行场多路选择器（312）为Fairchild公司的CD4053，OSD生成芯片（315）为MAS公司的MA102CA，OSD视频合成芯片（318）为Philips公司的TDA4886，开关芯片（327）为ON Semiconductor公司的MC74LVXT4066DTR2。\n[0054] 最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。