一种同步切换的KVM系统和方法与流程

本技术涉及计算机外设与多机控制，特别是涉及一种同步切换的kvm系统和方法。为便于理解，对本技术中出现的部分英文简称解释如下：kvm指keyboard、video、mouse，即键盘、视频、鼠标切换器；hdmi指high definition multimedia interface，即高清多媒体接口；hid指human interface device，即人机接口设备；usb指universal serial bus，即通用串行总线；ack指acknowledgement，即确认应答；mac指media access control，即媒体访问控制；gpio指general purpose input/output，即通用输入输出；bios指basic input/output system，即基本输入输出系统；uefi指unified extensible firmware interface，即统一可扩展固件接口。

背景技术：

1、在包括键盘、鼠标、显示器和显示器控制的一台或多台计算机的现有kvm系统技术中，主要存在以下四类技术路径：

2、第一种、hdmi kvm切换器：各计算机的hdmi与usb均用线缆接到同一切换盒，盒内以hdmi开关切换画面，以usb切换芯片把键鼠数据送到当前选中的计算机。该类方案中键鼠路径是有线usb切到计算机，计算机必须把usb线拉回控制台，计算机与控制台的距离受usb线缆长度限制（通常为数米）。若用户使用2.4g无线键鼠，只能把厂家接收器插在kvm的usb主机接口上；廉价切换器对复合hid、私有协议接收器兼容较差，切换后常出现键鼠失效或热键无法识别。

3、第二种、2.4g键鼠同步器/一对多无线控制：控制设备采集键鼠后经2.4g发给插在各自计算机上的接收器，通过切换与哪一只接收器通信来切换控制对象。该类方案并未将hdmi 2选1开关与无线链路标识绑定为同一次切换，用户容易把输入误操作到当前未显示的那台计算机。

4、第三种、软件键鼠共享：通过局域网转发键鼠事件，部分支持剪贴板和文件拖拽、光标滑出屏幕切换。该类方案必须在每台计算机安装软件、操作系统已启动且网络可用，无法在 bios/uefi、登录界面或未安装驱动的环境中使用，并且不解决单显示器下的hdmi信号选择问题。

5、第四种、有线usb hid模拟到每台计算机：在每台计算机usb接口用有线连接 hid模拟器，控制台mcu把键鼠数据经usb集线器送到当前计算机，键鼠仍走有线，布线与第一种相同。

6、上述现有方案存在的技术问题包括：无法在计算机远离桌子、仅需拉hdmi线缆的前提下，用一次操作同时完成画面切换和键鼠控制对象的切换，并且键鼠侧不依赖在计算机上安装软件。除此之外，还存在以下技术问题：（1）控制台难以同时接入有线键鼠与用户自带的2.4g接收器，用户常把无线鼠标接收器插在控制台的一个usb接口、有线键盘插在另一接口；单usb主机或仅做usb开关的部分kvm对复合hid枚举较差，两路键盘报告也无法合并；（2）切到未选中计算机时，所述计算机仍可能收到键鼠，或选中计算机收不到，仅靠广播后由接收器软件丢弃而不改物理层接入地址时，两只接收器都在解调，干扰和误投递风险高；切视频与切无线不同步时会出现画面与输入错位；（3）接收器与控制台的配对过程繁琐，掉电后链路标识丢失，需要一种机制：接收器按住按键上电进入配对、控制台用热键指定这是1号机/2号机、接收器把控制台标识与接入地址写入存储器、此后仅接收控制台标识的业务帧；（4）2.4g ism频段与wi-fi、用户自有键鼠接收器共存时易丢包，需要在链路失败时协同更换工作频点，且每只接收器独立记住当前频点，控制台切回某计算机时恢复所述接收器所用频点，避免两只接收器被拉到同一频点或两端失步；（5）复合hid鼠标报告格式不统一，boot协议4字节与报告描述符中的12/16位位移、带report id的报文并存，直接转发会导致光标异常，需要在控制台映射为统一的相对位移鼠标报告，接收器按标准hid描述符上报。

7、综上所述，亟需一种可实现一次操作同步完成画面与键鼠控制对象的切换，计算机可远离控制台且bios下可用、免驱的kvm系统。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够一次操作同步完成画面与键鼠控制对象的切换，计算机可远离控制台且bios下可用、免驱的同步切换的kvm系统和方法。

2、一种同步切换的kvm系统，所述系统包括控制台、hdmi多选一开关和多个接收器；

3、所述控制台包括usb主机采集模块、键鼠协议处理模块、切换操作检测模块、无线发送模块、链路状态表和hdmi开关驱动模块；所述usb主机采集模块设有一个或多个usb主机接口，用于连接并采集键盘、鼠标和/或无线鼠标接收器的输入；所述键鼠协议处理模块用于生成hid报告；所述切换操作检测模块用于检测切换操作；所述无线发送模块用于通过无线链路以其当前使用的无线链路标识向对应接收器发送包含所述hid报告的业务帧；所述链路状态表用于存储各计算机所关联接收器的无线链路标识；

4、所述hdmi多选一开关分别用于连接各计算机hdmi输出的多路输入、用于连接显示器的一路输出以及选择控制端；

5、每个所述接收器分别用于插入对应计算机的usb接口，所述接收器包括无线接收模块、usb设备控制器和存储器；所述无线接收模块用于以所保存的无线链路标识接收业务帧；所述usb设备控制器用于向所插入计算机枚举hid键盘和/或hid鼠标，并根据接收到的业务帧向所述计算机上报hid报告；所述存储器用于保存控制台标识和/或无线链路标识；

6、所述控制台还被配置为响应同一次切换操作，将所述无线发送模块的无线链路标识切换为与目标计算机关联的接收器的无线链路标识，并通过所述hdmi开关驱动模块驱动所述hdmi多选一开关，将目标计算机的hdmi视频输出选通至显示器。

7、在其中一个实施例中，所述键鼠协议处理模块用于枚举hid设备，按接口协议区分键盘和鼠标，将来自多个usb主机接口的键盘报告合并，并将不同格式的鼠标报告映射为统一的相对位移鼠标报告。

8、在其中一个实施例中，所述切换操作检测模块用于在hid报告进入所述无线发送模块之前识别切换热键或配对热键，并在识别后从发往计算机的hid报告中剔除所述切换热键或配对热键。

9、在其中一个实施例中，每个所述接收器还包括配对按键；所述接收器上电时若配对按键被按下，则进入配对模式并以默认无线链路标识监听配对数据包；所述控制台响应配对操作向指定接收器发送包含控制台标识和所分配的无线链路标识的配对数据包；所述接收器还用于将所述控制台标识和所分配的无线链路标识写入存储器，并在后续仅接收所述控制台标识对应的业务帧。

10、在其中一个实施例中，所述链路状态表为每台所述计算机保存无线链路标识、工作频点和链路建立状态中的至少一种；所述控制台和所述接收器被配置为在连续ack失败次数达到预设阈值时协同更换工作频点，且更换工作频点在ack确认后执行；每个接收器独立保存当前工作频点，所述控制台切回所述计算机时恢复所述计算机对应接收器的工作频点。

11、在其中一个实施例中，所述无线链路为2.4g私有无线链路，所述无线链路标识包括接入地址、工作频点、同步字、网络id中的至少一种；所述控制台通过切换无线链路标识使未选中接收器不解调业务帧，或使未选中接收器不向所插入计算机上报hid报告。

12、在其中一个实施例中，所述usb设备控制器枚举复合hid设备，包括键盘接口和鼠标接口；所述键盘接口以中断in端点上报8字节boot键盘报告，所述鼠标接口以中断in端点上报6字节报告，所述6字节报告包括按键字段、16位x位移、16位y位移和滚轮字段。

13、在其中一个实施例中，所述hdmi多选一开关为hdmi 2选1开关，其选择控制端包括选择脚和选通脉冲脚；所述hdmi开关驱动模块向选择脚提供逻辑电平并向选通脉冲脚提供选通脉冲；hdmi视频不经控制台采集或压缩；所述usb主机采集模块包括单个usb主机接口和usb集线器，或包括两个以上usb主机接口，用于同时连接有线键盘、有线鼠标和用户自带的2.4g键鼠接收器中的至少两种。

14、一种同步切换的kvm方法，所述方法包括：

15、控制台通过usb主机采集模块的一个或多个usb主机接口采集键鼠输入，并将键鼠输入处理为hid报告；

16、控制台通过无线链路，以当前无线链路标识向当前选中的接收器发送包含所述hid报告的业务帧；

17、当前选中的接收器以所保存的无线链路标识接收业务帧，并向所插入计算机枚举hid键盘和/或hid鼠标，以及向所述计算机上报对应hid报告；

18、控制台检测到切换操作时，响应同一次切换操作同步执行：将无线链路的无线链路标识切换为目标计算机关联接收器的无线链路标识；以及驱动hdmi多选一开关，将目标计算机的hdmi视频输出选通至显示器。

19、在其中一个实施例中，所述方法还包括：

20、控制台在hid报告进入无线发送之前识别切换热键或配对热键，并将识别到的热键从发往计算机的hid报告中剔除；控制台枚举hid设备，按接口协议区分键盘和鼠标，合并来自多路usb的键盘报告，并将不同格式的鼠标报告映射为统一相对位移鼠标报告；

21、接收器在上电时若配对按键被按下，则进入配对模式并以默认无线链路标识监听，控制台通过热键指定目标计算机编号并发送配对数据包，接收器将配对数据包中的控制台标识和分配的无线链路标识保存至存储器，后续仅接收所述控制台标识的业务帧；

22、在连续ack失败次数达到预设阈值时，控制台与对应接收器协同更换工作频点，且更换工作频点在ack确认后执行，控制台切回某计算机时恢复所述接收器保存的工作频点。

23、上述同步切换的kvm系统和方法，系统包括控制台、hdmi多选一开关和多个接收器；控制台包括usb主机采集模块、键鼠协议处理模块、切换操作检测模块、无线发送模块、链路状态表和hdmi开关驱动模块；usb主机采集模块设有一个或多个usb主机接口，用于连接并采集键盘、鼠标和/或无线鼠标接收器的输入；键鼠协议处理模块用于生成hid报告；切换操作检测模块用于检测切换操作；无线发送模块用于通过无线链路向多个接收器发送包含hid报告的业务帧；链路状态表用于存储各计算机所关联接收器的无线链路标识；hdmi多选一开关分别用于连接各计算机hdmi输出的多路输入、用于连接显示器的一路输出以及选择控制端；每个接收器分别用于插入对应计算机的usb接口，接收器包括无线接收模块、usb设备控制器和存储器；无线接收模块用于以所保存的无线链路标识接收业务帧；usb设备控制器用于向所插入计算机枚举hid键盘和/或hid鼠标，并根据接收到的业务帧向所述计算机上报hid报告；存储器用于保存控制台标识和/或无线链路标识；控制台还被配置为响应同一次切换操作，将无线发送模块的无线链路标识切换为与目标计算机关联的接收器的无线链路标识，并通过hdmi开关驱动模块驱动hdmi多选一开关，将目标计算机的hdmi视频输出选通至显示器，通过响应同一次切换操作同步切换无线链路标识和hdmi开关，能够减少画面显示与键鼠输入控制对象不一致的情形，有助于实现hdmi视频与无线键鼠的同步切换、减少画面与输入错位，并有利于计算机远离控制台布置且无需额外驱动。