一种通用、低成本的KVM over IP控制器的设计方案

　　0 引言

　　KVM是Keyboard（键盘）、Video（显示器）、Mouse（鼠标）的缩写，常特指KVM Switch（控制器），即多台计算机的标准I/O口连接到一台KVM Switch上，通过切换开关，共享Switch上连接的一套键盘、显示器和鼠标，以简化资源配置和操作，实现一对多的控制，在计算机房的管理和维护中得到了大量的应用。但由于是电缆连接，使用距离受限，影响了这种模拟KVM 的控制范围和扩展性。

　　KVM over IP，通常又简写为KVMoIP，也称为数字KVM.它是从本地计算机上采集视频信号，经过模数转换成为数字信息，压缩成IP包后，通过互联网或专用网络进行传送，远程控制台收到IP 包后，将其解包、转换，在控制台的屏幕上呈现；管理人员据此操作控制台的键盘、鼠标，发出的一系列控制命令由控制台组合成IP包，经过网络再回送到本地侧，解包后还原为键盘鼠标信号，从而让本地计算机执行相应的动作，实现了远程控制。

　　1 基于TI 达芬奇技术的KVMoIP 设计

　　KVMoIP的产品形态主要有外置式和内置式两种。

　　图1是外置式KVMoIP的典型组网示意图，一方面通过线缆把各本地端的KVM 信号接到控制器，由控制器进行信号的处理和转换，最后提供网口供远端用户使用。图1中示意的是菊链式KVMoIP切换器，对于已有的模拟共享式KVM切换器，为保护投资，也可以外接IP接入模块来进行KVMoIP的功能扩展，以节约成本。

　　内置式KVMoIP 是将该功能直接集成在计算机主板上，由主板上的BMC 芯片（如ASPEED 公司的AST2050）来实现。如图2所示，基板管理控制器（Base-board Management Controller，BMC），通过LPC 总线和PCIe总线接到Intel Xeon芯片组的桥片PCH上，BMC除了支持智能平台管理接口（IPMI）规范实现硬件资源的监控管理外，还提供KVMoIP的功能。

　　与传统的模拟式KVM相比，KVM over IP具有不受距离限制的优点，实现了任意时间、任意地点的管理访问。另外，和一些流行的远程控制软件PcAnywhere、Radmin 等相比，KVMoIP 有着更独特的强大功能，如BIOS 级的存取，带外管理不受限于设备的运行状态，与被监控设备的操作系统和硬件平台无关。因此，KVMoIP具有良好的通用性和可扩展性，在互联网数据中心IDC、通信网络操作中心NOC等环境领域得到了广泛应用，可以说KVMoIP已经是当今IT架构中重要的组成部分之一，已成为计算机远程管理的必然趋势。

　　图1 中的KVMoIP 系统分为两个部分：接入层的KVM控制器和管理层的远程客户端。客户端通过Web方式接入控制器，充分利用IP 技术呈现丰富的控制功能，提供集中化管理策略以及安全管理，如接收服务器软件发送的视频压缩数据，显示解压缩之后的视频图像；实现键盘、鼠标编码的发送并在目标设备间快速切换，保证网络传输的安全性和实时性。本文重点在单路KVM控制器的技术实现。图1中的KVM控制器大多采用Raritan公司的专用芯片KIRA100实现［3］，专用性强且成本高，本方案采用TI达芬奇技术，作为一种低成本的通用性设计。

　　1.1 达芬奇技术简介

　　达芬奇（DaVinci）技术是TI公司推出的嵌入式多媒体应用方案，采用了高度集成的片上系统（SOC），为ARM+DSP的双核架构。ARM核是通用处理器架构，利于任务调度，适合对外设的管理和控制；DSP核长于编解码算法，适合于数字音视频处理，两相结合，这一特点使达芬奇技术特别适合用来开发智能多媒体系统。DaVinci技术还提供了底层驱动、开发包（DVSDK）、标准库以及丰富的应用编程接口（API）等组件作为配套解决方案，可高效的开发数字多媒体产品，加速市场应用。因而，DaVinci技术一经推出就受到开发者的青睐，在视频监控、多媒体网络和移动通信等领域得到了越来越多的应用。

　　1.2 系统硬件设计

　　基于达芬奇技术的KVMoIP 控制器的硬件框图如图3所示，分为主控模块、KVM模块、网络传输模块三个部分。

　　1.2.1 主控模块

主控模块采用TMS320DM365，它是TI近年推出、面向高清视频处理的DaVinci系列的一款处理器，内部集成了ARM9 内核，图像处理子系统VPSS，H.264 高清编码协处理引擎HDVICP 和MPEG-4/JPEG 协处理引擎MJCP.ARM9 负责整个系统的控制，VPSS 不仅提供灵活的视频输入接口，如BT.601/BT.656/BT.1120 数字YCbCr（8/16 b）接口，用于支持多种类型的CCD/CMOS图像传感器，还支持RGB/YUV 数字信号输出和PAL/NTSC制式的复合视频信号输出，用于连接多种类型的显示设备。HDVICP和MJCP支持H.264、MPEG4、JPEG和WMV9/VC1等格式编解码，能够以30 f/s的速度对高清（720P）视频进行H.264 编解码。