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1、基于 Osd 单的 KVM 系统设计2008-03-19 嵌入式在线 收藏 | 打印1 引言现代社会计算机的普及和应用越来越广泛，随之而来的管理和维护的工作量也越来越大。尤其是对于安全性和方便性有特殊要求的场合，如服务器机房，如果每台电脑都配备一组专用的鼠标、键盘和显示器将导致布线复杂，且容易带来管理上的混乱，同时也浪费空间和资金，于是在大型机房中 KVM 设备被广泛应用。KVM，即键盘(Keyboard)、显示器(Video)和鼠标(Mouse)的缩写。KVM技术的核心思想是：通过配置适当的键盘、鼠标和显示器，实现系统和网络的集中管理和提高可管理性，提高系统管理员的工作效率，节约机房面积，降
2、低网络工程和服务器系统的总体拥有成本，还可避免多显示器产生的辐射，营建健康环保机房。图 l 为通过一套 KVM 在多个不同操作系统的主机或服务器之间进行切换示意图。传统的 KVM 监控系统对各个主机或服务器之间的切换是通过硬件电路来实现的，如果控制的端口数目较多，则硬件切换电路将增多，从而使得硬件部分占用空间增大，增加生产成本。为此，引进一种 OSD 芯片，通过设计 OSD 选单实现对 KVM 系统的各个端口软件控制办法，从而避开用硬件电路的诸多不利因素。 2 OSD 与 KVM 架构基于 OSD 的 KVM 系统控制器一般由被控 IO 接口、控制转换器部分和控制台接口 3 部分组成。下面以图
3、 2 所示 8 选 1 KVM 结构系统为例，分别介绍各部分的工作原理。被控 IO 接口部分，主要是各种接口端，如 8 个 VGA 端，USB 接口端。很多工程实际处理时，一般把经过 FP-GA 处理过的键盘和鼠标信号的合成信号(USB 信号)，通过 VGA 信号电缆的 4 个引脚 Pl，P9，P10，P11，接到各个服务器客服端的 USB 口，实现信号的输入输出，可节约输入输出口线。控制转换器部分，主要是由 MCU 单片机和 FPGA 系统对相关信号完成控制和转换。FPGA 系统主要有两方面的作用：一是协议转换，即把控制台输入的键盘鼠标 PS2 信号转化成 LJSB 信号供选定的通道用，中间
4、用到了 CPRESS 公司的 CY63813 芯片；另一个作用是把控制端键盘输入的各种控制命令截获并解析出来，再传给 805l 单片机以供其控制 OSD 芯片用。8051 单片机和 OSD 芯片组成的控制器部分主要作用有：一是接收键盘上传过来的各种控制命令；二是通过模拟 I2C 接口控制 OSD 芯片的驱动和显示功能；三是根据接收到的命令控制各种逻辑芯片，完成相应通道的选择和切换工作。不过，要注意的是，在OSD 选单设计中需要存储大量代码和系统运行时设置的各种参数，需要大量的存储器。本系统基于电路简单和可靠性，选择了片内具有 32 Kbyte FLASH 和16 Kbyte E2pROM 的
5、STC89C58 单片机。控制台接口部分，主要是一套 VGA 显示器、PS2 键盘和 PS2 鼠标接口。通过这些设备的输入输出，可切换到不同的通道，从而实施对各个通道的监控和控制。3 OSD 芯片31 OSD 的主要实现方法和类型目前有两种主要的 OSD 实现方法：外部 OSD 产生器与视讯处理器间的叠加合成；视讯处理器内部支持 OSD，直接在视讯缓冲存储器内部叠加 OSD 信息。外部 0SD 产生器与视讯处理器间的叠加合成原理是：由一个 MCU 内建的字符产生器及显示缓冲存储器，利用快速消隐(Fast 一 Blank)信号切换电视的画面和 OSD 显示内容，使 OSD 的字符等内容叠加在最终
6、的显示画面上，在 OSD和显示画面叠加处理过程中，通过调整两者之间的比例，可实现 OSD 的半透明(Blending)效果；对 OSD 信号中的红绿蓝信号，另外一种实现方法是：视讯处理器内部支持 OSD，直接在视讯缓冲存储器内部叠加 OSD 信息，因这一类视讯处理通常具有外部内存或内部少量的行缓冲存储器，同时具有 OSD 产生器，故OSD 的合成和控制可直接在视讯缓冲存储器内完成，同样具有上述的半透明和颜色控制功能。 32 MTV018 原理 本实验中采用的 OSD 芯片是世纪民生公司的 MTV018，其实现原理是上文的第一种方法。MTV018 是一款用于(内置字符显示控制)监视器的 OSD
7、显示芯片。字符显示可通过 12C 和 SPI 总线与。MCU 的连接控制，通过串行总线可控制 MTV018实现字符边缘、阴影、闪烁、双倍字符(字符的高度和宽度)、字符颜色控制、显示位置控制、字符水平显示分辨率和窗口控制等特殊效果。除此之外，MTV018 能输出 8 位分辨率的 8 个通道的 PWM DA 脉冲信号，可用来控制图像的对比度、颜色、音量、色调等。图 3 和图 4 分别是其方框图和引脚图。4 OSD 选单的设计 本系统设计的核心之一就是 OSD 芯片的驱动问题，其工作主要包含两部分，即硬件设计部分和软件驱动部分。其中：硬件电路是 OSD 系统稳定工作的前提和基础；软件部分的设计是 O
8、SD 系统稳定运行、无视觉延迟效果和流畅工作的核心。41 硬件电路的设计图 5 是本系统中 OSD 芯片 MTV018 的相关配置电路。其中：引脚 P1P4主要用来设置内部 PLL 模块，以使系统正常工作；P7 和 P8 是与 8051 单片机构成 I2C 通信接口；P5 和 P18 作为行、场信号的输入端口以同步P23，P22，P21，即 RGB 3 种颜色信号的输出；P9 一 P16 是 PWM 输出引脚，可用来调整亮度、对比度等；最关键的是 P20 脚，即快速消隐输出脚，也就是利用这个引脚输出频率极高的方波信号控制逻辑切换芯片(如 4053)，从而对 OSD输出的 RGB 信号与 VGA
9、 显示器输出的 RGB 信号进行切换。42 OSD 选单功能 一般的 OSD 选单主要包括 6 个子选单项目：F1：GO-TO；F2：SCAN；F3：UST；F4：QVIEW；F5：EDIT；F6：SET。下面分别介绍各个子选单功能。F1：GOTO 的功能是实现快速的切换，其切换方式一般可按通道名字或通道号。F2：SCAN 的功能是实现本系统 8 个通道的轮流自动切换，每个通道的轮流显示时间是可控的，同时可按 Backspace 键退出循环扫描状态。F3：LIST 的功能是按照一定的显示方式，把相应通道的状态显示在控制台端的显示器上，以供监控员查看。其显示方式一般有：NAME，QVIEW，PO
10、WER 0N 以及它们的一些组合方式，可便于监控员查看各个端口的状态。 F4：QVIEW(quick view)的功能是为某些特殊的通道设置一种人为的标志，便于快捷查看和切换到这些特殊的通道上。 F5：EDIT 的功能是创建或更改某个通道的名字，便于监控员记忆和操控。F6：SET 的功能是设置 OSD 选单的显示参数和操作键参数。如 OSD 选单激活方式的快捷键的选择、OSD 选单的显示位置、密码设置、Flash 擦除等操作。43 OSD 选单设计的关键点OSD 选单的设计是很多 OSD 硬件工程师都头痛的事情，因为 OSD 选单的代码量较大，一般都有好几千行，如果不构造好 OSD 的数据结构
11、，以后的移植工作或维护将相当困难。 为此，常用两种策略：策略之一是定义好一个结构体，定义如下 以上即为每一页的结构体数据，然后给各个选单页预先编好号码，形成这样一个结构体数组，从而根据选单页的编号来实现各个页面的切换。但是这种办法不利于扩展和移植，例 如，某程序需要增加子选单页数，就必须重新编号，从而增加了设计中不必要的工作量。策略之二是使 OSD 的数据独立与代码分开。定义 OSD 的数据结构时，要把 OSD 显示的所有要素考虑进去，这样，仅仅依据数据就能把 OSD 画面重现。另外，在各状态下要按什么键，下一步该怎么操作，都在数据结构中描述出来。这样才能支持 OSD 数据和代码的独立。同时辅以相关函数指针，以实现在各个选单中的跳变。本系统采用的就是这种方式，其结构体定义如下 再定义一个结构体数组 struct MenuIternType idata MenuItem8，以及一个全局的函数指针 void(*PtrFun)( )，以实现对各个选单页的跳变。5 小结笔者按以上的分析，设计了一个 8 选 1 的 KVM 系统，经过调试发现：OSD选单能实现对 KVM 系统的准确控制，同时使 OSD 画面更为清晰，并且 OSD 选单页在各个页面的切换更为流畅，毫无视觉迟滞的感觉。通过这样的 OSD 选单设计，完成了原先的设想，达到了准确、美观和节约成本的目的。
