表4 絕對鼠標(biāo)同步的報(bào)告描述符

3 KVM 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于該鼠標(biāo)同步方法的KVM 系統(tǒng)，主要分為3 個(gè)模塊：(1)運(yùn)行于控制主機(jī)的客戶端;(2)連接多臺(tái)被控機(jī)的KVM 切換系統(tǒng);(3)通過USB 接口與被控機(jī)相連，并且能模擬HID 設(shè)備的控制模塊。KVM 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 KVM 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

KVM 系統(tǒng)3 個(gè)模塊功能定義如下：

(1)控制主機(jī)客戶端

本文設(shè)計(jì)的KVM 系統(tǒng)基于B/S 框架，控制主機(jī)組合鼠標(biāo)、鍵盤、顯示器等I/O 設(shè)備，通過Web 頁面調(diào)用操作界面。

界面經(jīng)TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)接收被控機(jī)屏幕畫面并解碼顯示，同時(shí)檢測本機(jī)鼠標(biāo)、鍵盤事件，將數(shù)據(jù)發(fā)送至KVM 切換系統(tǒng)。由于被控機(jī)的視頻流發(fā)送負(fù)荷達(dá)5 Mb/s~10 Mb/s,為避免鼠標(biāo)數(shù)據(jù)延遲，因此，本系統(tǒng)采用獨(dú)立的TCP/IP 連接發(fā)送鼠標(biāo)鍵盤數(shù)據(jù)。

(2)KVM 切換系統(tǒng)

KVM 切換系統(tǒng)的核心是：運(yùn)行主要內(nèi)核程序及服務(wù)器程序，并通過HPI 接口連接多臺(tái)被控機(jī)進(jìn)行切換控制的嵌入式處理器。處理器網(wǎng)絡(luò)接收鼠標(biāo)數(shù)據(jù)并完成坐標(biāo)處理算法，并將數(shù)據(jù)發(fā)送至與相應(yīng)被控機(jī)連接的HID 設(shè)備控制模塊。

(3)HID 設(shè)備控制模塊

采用USB2.0 接口與被控機(jī)相連，支持480 Mb/s 的傳輸速率。經(jīng)HPI 接收KVM 切換系統(tǒng)的鼠標(biāo)數(shù)據(jù)并對報(bào)告描述符結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)置，通過中斷傳輸方式傳送至被控機(jī)，實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)設(shè)備的模擬控制。該模塊是KVM 系統(tǒng)中完成HID 設(shè)備數(shù)據(jù)通信的核心模塊。

4 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

4.1 延時(shí)測試

本文分別對KVM 鼠標(biāo)操作總體的延遲時(shí)間，以及同步方法模塊的延遲時(shí)間進(jìn)行測試，定義如下：

(1)總體延時(shí)

本文采用回環(huán)模式對總體延時(shí)進(jìn)行測試?；丨h(huán)模式主要通過在主控機(jī)和被控機(jī)上形成對同一事件的循環(huán)響應(yīng)，獲取兩者的響應(yīng)時(shí)間差值，以得出延遲時(shí)間。具體實(shí)現(xiàn)方法為：在主控機(jī)和被控機(jī)上同時(shí)運(yùn)行一個(gè)測試客戶端，鼠標(biāo)單擊主控機(jī)的客戶端界面，界面響應(yīng)事件并發(fā)出UDP 數(shù)據(jù)包標(biāo)識(shí)時(shí)間;事件傳遞至被控機(jī)客戶端后，被控機(jī)客戶端同樣響應(yīng)該事件并發(fā)出UDP 包。通過網(wǎng)絡(luò)工具捕捉這2 個(gè)UDP包，并計(jì)算兩者之間的時(shí)間差值，即得到總體的鼠標(biāo)延時(shí)。

鼠標(biāo)總體延時(shí)測試的實(shí)現(xiàn)流程如圖3 所示。

圖3 總體延時(shí)測試

(2)同步方法延時(shí)

考慮到控制主機(jī)性能和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等不固定因素，本文同時(shí)對鼠標(biāo)同步方法的延遲時(shí)間進(jìn)行測試。同步方法延時(shí)測試主要采用硬件中斷方式。同樣在主控機(jī)和被控機(jī)上各運(yùn)行一個(gè)客戶端，并對主控機(jī)客戶端進(jìn)行鼠標(biāo)單擊操作。當(dāng)鼠標(biāo)操作數(shù)據(jù)由主控機(jī)客戶端傳輸?shù)教幚砥鲿r(shí)，處理器產(chǎn)生中斷并拉高電平;被控機(jī)客戶端接收到鼠標(biāo)操作數(shù)據(jù)，發(fā)出UDP 包作為回應(yīng)，當(dāng)處理器接收到被控機(jī)端的UDP 包時(shí)拉低電平，從而形成一個(gè)時(shí)間脈沖。忽略UDP 包的網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)間，則該時(shí)間脈沖寬度即可近似為同步方法的延遲時(shí)間。同步方法延時(shí)測試的實(shí)現(xiàn)流程如圖4 所示。

圖4 同步方法延時(shí)測試

回環(huán)模式測試最終所得的總體鼠標(biāo)延時(shí)及同步方法延時(shí)測試結(jié)果如表5 所示。

表5 延時(shí)測試結(jié)果

4.2 同步精確度

KVM 測試運(yùn)行12 h,并在被控機(jī)上播放MKV 視頻以增加網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)荷。定期進(jìn)行鼠標(biāo)操作，且操作時(shí)間保持30 h以上。經(jīng)測試評(píng)估，在絕對鼠標(biāo)同步模式下，長時(shí)間使用鼠標(biāo)不會(huì)出現(xiàn)位置偏差;在相對鼠標(biāo)同步模式下，正常狀態(tài)操作鼠標(biāo)不會(huì)出現(xiàn)位置不同步現(xiàn)象，但在大范圍區(qū)間內(nèi)快速移動(dòng)鼠標(biāo)時(shí)會(huì)有約1 mm 的位置偏差，但鼠標(biāo)可以在移動(dòng)中自動(dòng)更正重新達(dá)到重合。

5 結(jié)束語

本文提出一種快速精確的KVM 遠(yuǎn)程鼠標(biāo)同步方法。采用USB2.0 接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速傳輸，通過加入自適應(yīng)殘差處理和雙字節(jié)坐標(biāo)表示法改進(jìn)傳統(tǒng)相對鼠標(biāo)同步方式，即實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)同步方式絕對化。測試結(jié)果表明，該方法能提高鼠標(biāo)定位的精準(zhǔn)度，系統(tǒng)能夠更快處理鼠標(biāo)事務(wù)。以后將不斷對本文方法進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)高速度與高精度更好的融合。