精品文檔-下載后可編輯一種快速的KVM遠程鼠標同步方法-技術方案摘要：針對鍵盤顯示器鼠標（KVM）中遠程被控鼠標與主機鼠標的同步要求，提出一種基于高速USB2.0-HID類規范的鼠標同步方法。在傳統相對鼠標同步方法中加入自適應"殘差處理",去除相對偏移的累積誤差，增加一種鼠標同步方法，用雙字節坐標值代替傳統單字節相對坐標偏移進行定位。實驗結果表明，該方法使同步延遲時間降至3ms以下，能有效提高同步的性和時效性。

1概述

KVM即鍵盤（Keyboard）、顯示器（Video）、鼠標（Mouse）的縮寫組合[1].由于網絡延時或被控機分辨率不在KVM可控范圍內等因素，傳統KVM在鼠標同步方面存在被控機鼠標與主機鼠標位置偏差過大、鼠標操作延緩甚至無法響應等問題。故提高鼠標同步的性和時效性，成為KVM技術發展的一項重要內容。目前支持設備通用連接并具有高傳輸速率的USB接口已成為外設連接PC主機的主流方式。

USB2.0接口標準在原有的12Mb/s和1.5Mb/s傳輸速率基礎上加入480Mb/s的高速支持，使單位時間內能夠傳輸和處理更多的事務數據。鍵盤、鼠標等支持人與計算機交互的設備歸為人接口設備（HumanInterfaceDevice,HID）類，是為廣泛使用的USB設備，并已得到Windows/Linux等操作系統內置驅動程序的良好支持。本文依據HID類規范協議，通過高速USB2.0的硬件支持，向被控機發送信令數據模擬鼠標操作。

2鼠標同步方法

2.1實現原理

KVM技術是通過鍵盤、鼠標、顯示器的適當配置，對KVM切換器的多臺遠程被控機進行管理，實現用一套I/O外設去訪問和操作多臺被控機。圖1為其框架示意圖。

圖1KVM框架示意圖

HID類設備的信息以描述符形式存儲在設備ROM中，通過設置、檢測相應描述符結構完成設備與主機之間信令、數據的傳輸和獲取。HID類設備的具體應用數據如鍵盤鍵值、鼠標指針值等主要用描述符進行描述。描述符由多片規則則條目的信息由片段組成，可由HID類規范自定義數據表達類型。主要條目第3位數值（Bit2{Absolute（0）|Relative（1）}）標識設備操作使用是模式還是相對模式，從而在支持鼠標同步方法中，有同步和相對同步這2種方式。鼠標數據內容包括鼠標的按鍵狀態、坐標位置和滾輪滾動值等。

傳輸方式根據鼠標應用數據量較小、不定時發生、延遲受限等特點，采用對時間有嚴格限制的中斷傳輸方式。同時，高速USB2.0支持單個事務可傳送數據包的容量達1024Byte,輪詢事務的時間間隔僅為125Fs,支持傳輸速率可達到24.5Mb/s.

2.2相對鼠標同步

相對鼠標同步是根據計算前后2次鼠標坐標的差值，對當前鼠標位置進行偏移。由于條目以1Byte為單位，因此傳輸單字節坐標偏移的相對同步方式早應用于KVM的鼠標同步。相對鼠標同步的有效數據區定義如表1所示。

表1相對鼠標同步數據區定義

由字節的低3位，即0bit~2bit分別表示滾輪、右鍵和左鍵按下或彈起的狀態，即按鍵狀態。

相對偏移差值數值范圍為？127~127,當差值在水平方向（X軸）或豎直方向（Y軸）大于127時，需要分多次進行移動，即循環多次發送差值數據。滾輪以±1表示向上或向下滾動一格，并可累計滾動格數，以支持更多頁面滾動。本文用匯編語言定義相對鼠標同步的描述符內容如表2所示。

表2相對鼠標同步的描述符

通過界面獲得的鼠標坐標值以一個像素為單位，較實際位置有一定的精度損失。且相對鼠標同步每次的偏移值均以上次坐標為基準，數值損失將不斷累加。針對此問題，本文在相對同步方式中增加了自適應的誤差彌補，對累積誤差進行檢測和處理，即"殘差處理".該處理方法主要采用坐標值精度轉換、累計殘差、足1補齊的方式，具體實現方法如下所述：

（1）坐標值精度轉換。

采用short型雙字節數值表示法，以屏幕左上角為原點，且無論何種分辨率均定義右下角坐標為（32767,32767），將界面獲取的坐標根據屏幕分辨率按比例進行轉換。

同時記錄本次的雙字節坐標位置作為下次偏移的基準，減少以偏移差值為基準而引入的累積誤差。

（2）殘差累計及補償。

使用double型變量累計每次坐標值轉為short整型時丟棄的小數值。當累計值大于1時，在當前坐標差值上補1再進行發送。同時定時檢測誤差累計值大于1的次數頻率，當超過一定程度時，采取自動重新同步。即先進行13次（？127,?127）坐標偏移，將鼠標移動到屏幕左上角，然后再用至多次偏移，將鼠標定位到控制主機記錄的坐標位置。

然后采用13次坐標偏移，若以1920×1080分辨率屏幕為上界，則在當前主流顯示器中，均可以將鼠標移至屏幕左上角。

2.3鼠標同步

鼠標同步在經過直接傳輸換算后，其雙字節坐標值的每次同步，均需要以原點為基準重新定位鼠標，以去除與前鼠標位置的關聯，由此避免了相對偏移造成的誤差累積。其有效同步數據區定義如表3所示。

表3鼠標同步的數據區定義

鼠標同步具有更的同步效果，并且需要占用描述符條目的2Byte空間來表示坐標值（滾輪值），故必須得到操作系統內置HID類驅動程序的支持。現代Windows系列（XP/Win7/Vista等）、MacOS10.5以及Linux2.6版本等操作系統均可支持鼠標模式，OS/2系統也于2022年5月發布xsmouse00.zip提供支持該模式的鼠標驅動程序。由于鼠標同步方法采用雙字節表示有效數據，其描述符結構設置與相對同步方式不同，描述符內容如表4所示。

表4鼠標同步的描述符

3KVM系統總體結構

本文設計并實現了基于該鼠標同步方法的KVM系統，主要分為3個模塊：（1）運行于控制主機的客戶端；（2）連接多臺被控機的KVM切換系統；（3）通過USB接口與被控機相連，并且能模擬HID設備的控制模塊。KVM系統總體結構如圖2所示。

圖2KVM系統總體結構

KVM系統3個模塊功能定義如下：

（1）控制主機客戶端。

本文設計的KVM系統基于B/S框架，控制主機組合鼠標、鍵盤、顯示器等I/O設備，通過Web頁面調用操作界面。

界面經TCP/IP網絡接收被控機屏幕畫面并解碼顯示，同時檢測本機鼠標、鍵盤事件，將數據發送至KVM切換系統。由于被控機的視頻流發送負荷達5Mb/s~10Mb/s,為避免鼠標數據延遲，因此，本系統采用獨立的TCP/IP連接發送鼠標鍵盤數據。

（2）KVM切換系統。

KVM切換系統的是：運行主要內核程序及服務器程序，并通過HPI接口連接多臺被控機進行切換控制的嵌入式處理器。處理器網絡接收鼠標數據并完成坐標處理算法，并將數據發送至與相應被控機連接的HID設備控制模塊。

（3）HID設備控制模塊。

采用USB2.0接口與被控機相連，支持480Mb/s的傳輸速率。經HPI接收KVM切換系統的鼠標數據并對描述符結構進行設置，通過中斷傳輸方式傳送至被控機，實現鼠標設備的模擬控制。該模塊是KVM系統中完成HID設備數據通信的模塊。

4實驗與結果分析

4.1延時測試

本文分別對KVM鼠標操作總體的延遲時間，以及同步方法模塊的延遲時間進行測試，定義如下：

（1）總體延時。

本文采用"回環模式"對總體延時進行測試。回環模式主要通過在主控機和被控機上形成對同一事件的循環響應，獲取兩者的響應時間差值，以得出延遲時間。具體實現方法為：在主控機和被控機上同時運行一個測試客戶端，鼠標單擊主控機的客戶端界面，界面響應事件并發出UDP數據包標識時間；事件傳遞至被控機客戶端后，被控機客戶端同樣響應該事件并發出UDP包。通過網絡工具捕捉這2個UDP包，并計算兩者之間的時間差值，即得到總體的鼠標延時。

鼠標總體延時測試的實現流程如圖3所示。

圖3總體延時測試

（2）同步方法延時。

考慮到控制主機性能和網絡環境等不固定因素，本文同時對鼠標同步方法的延遲時間進行測試。同步方法延時測試主要采用硬件中斷方式。同樣在主控機和被控機上各運行一個客戶端，并對主控機客戶端進行鼠標單擊操作。當鼠標操作數據由主控機客戶端傳輸到處理器時，處理器產生中斷并拉高電平；被控機客戶端接收到鼠標操作數據，發出UDP包作為回應，當處理器接收到被控機端的UDP包時拉低電平，從而形成一個時間脈沖。忽略UDP包的網絡傳輸時間，則該時間脈沖寬度即可近似為同步方法的延遲時間。同步方法延時測試的實現流程如圖4所示。

圖4同步方法延時測試

"回環模式"測試終所得的總體鼠標延時及同步方法延時測試結果如表5所示。

表5延時測試結果

4.2同步度

KVM測試運行12h,并在被控機上播放MKV視頻以增加網絡傳輸負荷。定期進行鼠標操作，且操作時間保持30h以上。經測試評估，在鼠標同步模式下，長時間使用鼠標不會出現位置偏差；在相對鼠標同步模式下，正常狀態操作鼠標不會出現位置不同步現象，但在大范圍