АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ KVM-ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ ДЛЯ ДОК-СТАНЦИИ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Техническое решение относится к области компьютерной техники, а именно к аппаратно-программным переключателям KVM (Keyboard, Video, Mouse) используемым для коммутации одного комплекта устройств ввода-вывода между несколькими компьютерами.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В уровне техники известно решение US 7351110 B1, в котором описан KVM-переключатель, содержащий плату, которая содержит контроллер, переключатель, множество разъемов и кабелей, слот модуля расширения. KVM-переключатель со слотом модуля расширения содержит множество терминалов для подключения множества источников, включая адаптер с PS/2, USB, VGA, DVI, наушники/микрофон.
Описанное техническое решение не позволяют осуществлять программное переключение между несколькими устройствами, у него отсутствуют встроенные средства защиты от несанкционированного доступа к информации.
КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 показана концептуальная схема одного из вариантов реализации рабочей станции с двумя вычислительными модулями и модулем KVM.
СУЩНОСТЬ
Техническим результатом является повышение безопасности, защита от несанкционированного доступа со стороны вычислительных модулей. Еще один технический результат обеспечение информационной безопасности, повышение защищенности рабочей станции, использующей один комплект внешних устройств для двух вычислительных модулей. Технический результат достигается за счет того, что KVM-переключатель для рабочей станции с двумя независимыми вычислительными модулями (ВМ-1 и ВМ-2) и одним комплектом внешних устройств, характеризуются тем, что:
KVM-переключатель (KVM), содержит:
D-триггеры D1, D2, D3, отвечающие за переключение назначенных соответствующему D-триггеру интерфейсов между ВМ-1 и ВМ-2, причем триггер D1 отвечает за переключение аудиоинтерфейса, триггер D2 отвечает за переключение клавиатуры и манипулятора «мышь», подключенных к интерфейсам USB, триггер D3 отвечает за переключение устройства отображения информации подключенного к интерфейсу HDMI,
по крайней мере два интерфейса для подключения USB клавиатуры и манипулятора «мышь»,
интерфейс HDMI для подключения устройства отображения информации,
аудиоинтерфейс для подключения аудиоустройства,
интерфейс GPIO (GPIO_ВМ-1), подключенный к ВМ-1,
интерфейс GPIO (GPIO_ВМ-2), подключенный к ВМ-2,
выполнен с возможностью:
получения управляющих сигналов на переключение от процессора ВМ-1 по интерфейсу GPIO_ВМ-1 и от процессора ВМ-2 по интерфейсу GPIO_ВМ-2, причем
каждый вычислительный модуль может отправить на D-триггер управляющий сигнал только на переключение на другой вычислительный модуль без возможности переключения обратно,
перенаправления сигналов согласно состоянию D-триггеров от соответствующего вычислительного модуля ВМ-1 или ВМ-2, поступающих от клавиатуры и манипулятора «мышь», подключенных к двум интерфейсам USB, сигналов поступающих на устройство отображения информации, подключенное к интерфейсу HDMI и сигналов поступающих на аудиоустройство, подключенное к аудиоинтерфейсу.
Первый вычислительный модуль (ВМ-1), включает, по крайней мере, один процессор, оперативную память, интерфейс GPIO_ВМ-1, контроллер USB, контроллер HDMI, аудиокодек, подключенные к KVM-переключателю,
Второй вычислительный модуль (ВМ-2), включает, по крайней мере, один процессор, оперативную память, интерфейс GPIO_ВМ-2, контроллер USB, контроллер HDMI, аудиокодек, подключенные к KVM-переключателю,
В некоторых вариантах реализации рабочая станция представляет собой устройство в едином корпусе, включающее два вычислительных модуля, KVM переключатель и может содержать различные дополнительные интерфейсы, устройства, модули, например, отраженные на фиг.1.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Система на кристалле (СнК), однокристальная система (англ. System-on-a-Chip, SoC) - в микроэлектронике - электронная схема, выполняющая функции целого устройства (например, компьютера) и размещённая на одной интегральной схеме.
Интерфейс ввода/вывода общего назначения (англ. general-purpose input/output, GPIO) - интерфейс для связи между компонентами компьютерной системы, к примеру микропроцессором и различными периферийными устройствами. Контакты GPIO могут выступать как в роли входа, так и в роли выхода - это, как правило, конфигурируется. GPIO контакты часто группируются в порты.
Для обеспечения возможности использования одного комплекта внешних устройств ввода/отображения информации путем поочередного подключения данного комплекта к одной из двух системных плат (ВМ-1 и ВМ-2) используется программно-аппаратный KVM-переключатель.
Переключение осуществляется методом отправки сигналов от вычислительного модуля на комплект D-триггеров. После получения сигнала D-триггер осуществляет подачу сигнала на исполняющие микросхемы для коммутации устройств вывода изображения, звуковых устройств и коммутируемых USB-портов на другой вычислительный модуль. Этим достигается реализация принципа опосредованного управления процессом переключения. Для обеспечения безопасности каждый вычислительный модуль может отправить на D-триггер сигнал только на переключение на другой вычислительный модуль, но при этом не может потребовать переключения обратно. Этим обеспечивается реализация принципа однонаправленного переключения.
При нажатии специальной программной или аппаратной кнопки или левой (правой) кнопки «мыши» при ее нахождении в зоне монитора side bar происходит переключение монитора (порт HDMI), аудиоразъема и коммутируемых USB-портов комплекта устройств ввода с одного вычислительного модуля (ВМ-1 или ВМ-2) на другой. Рабочая сессия текущего вычислительного модуля не прерывается, но этот вычислительный модуль теряет подключение к монитору (в случае использования одного монитора), аудиоразъему и комплекту коммутируемых USB-портов (устройств ввода: клавиатура и «мышь»).
Управление KVM-переключателем, организовано таким способом, что исключает передачу какой-либо другой (полезной) информации.
Техническое решение представляет собой KVM-переключатель, подключенный к первому (ВМ1, master board) и ко второму вычислительному модулю (ВМ2, slave board) при помощи интерфейса GPIO. В некоторых вариантах реализации первый и второй вычислительный модули представляют собой систему на кристалле (SoC).
KVM-переключатель представляет собой аппаратный модуль, содержащий D-триггеры D1, D2, D3, по крайней мере, один интерфейс USB, HDMI, аудиоинтерфейс (Jack, mini-jack), два интерфейса GPIO для связи с ВМ-1 и ВМ-2.
Триггер D1 отвечает за подключение/переключение аудиоразъема (к соответствующему вычислительному модулю ВМ-1 или ВМ-2), триггер D2 отвечает одновременно за подключение/переключение и клавиатуры и манипулятора «мышь» (к соответствующему вычислительному модулю ВМ-1 или ВМ-2), триггер D3 отвечает за подключение/переключение монитора/устройства отображения информации (к соответствующему вычислительному модулю ВМ-1 или ВМ-2). Все подключения/переключения происходят синхронно.
KVM-переключатель выполнен с возможностью получения управляющих сигналов от первого и второго вычислительного модуля (последовательности импульсов, которые поступают на соответствующие входы D-триггеров), причем управление процессом переключения KVM-переключателя осуществляются с использованием процессоров, размещенных на ВМ-1 и ВМ-2.
В одном из вариантов реализации KVM-переключатель связан с первым вычислительным модулем (ВМ-1) через один и более интерфейс HDMI, UART, USB, GPIO.
В одном из вариантов реализации KVM-переключатель связан со вторым вычислительным модулем (ВМ-2) через один и более интерфейс HDMI, UART, USB, GPIO.
KVM-переключатель выполнен с возможностью подключения к нему периферийных устройств (устройства ввода-вывода, устройства хранения данных). В некоторых вариантах реализации периферийные устройства подключаются к KVM через USB.
Подключение комплекта устройств ввода/вывода информации осуществляется через модуль KVM-переключателя. В некоторых вариантах реализации клавиатура и «мышь» подключаются к вычислительным модулям ВМ-1 и ВМ-2 (платам) через USB-порты и KVM-переключатель. Устройство отображения информации, подключается через интерфейс HDMI к KVM-переключателю.
В одном из вариантов реализации к каждому вычислительному модулю подключается свое устройство отображения (например, монитор, очки виртуальной реальности и др.): к первому вычислительному модулю через интерфейс DisplayPort, а ко второму вычислительному модулю – через интерфейс HDMI KVM-переключателя.
В одном из вариантов реализации используется одно устройство отображения информации, подключаемое через интерфейс HDMI к KVM-переключателю.
С помощью GPIO1 (GPIO2, GPIO3) процессора SoC1 ВМ1 на вход PRE D-триггера D1 (D2, D3 соответственно) подается сигнал «0». С помощью GPIO1 (GPIO2, GPIO3) процессора SoC2 ВМ-2 на вход CLK D-триггеров D1, D2, D3 подается сигнал «1». В результате произведенных действий Q-выход D-триггеров D1, D2, D3 переходит в состояние «0», что соответствует подключению комплекта устройств ввода информации (клавиатура, «мышь»), аудиоразъема и устройства отображения информации (монитор, проектор, очки) к первому вычислительному модулю (ВМ-1).
При инициализации переключения комплекта устройств ввода/вывода информации с master motherboard (ВМ-1) на slave motherboard (ВМ-2) (путем нажатия на соответствующую контекстную клавишу или программно при помощи нажатия на левую (правую) кнопку «мыши» при нахождении курсора в поле side-bar) на вход PRE D-триггера D1 (D2, D3) с помощью GPIO1 (GPIO2, GPIO3 соответственно) процессора SoC1 ВМ-1 подается последовательность импульсов «0», «1», «0». В результате чего (с учетом нахождения входа CLK соответствующих триггеров в состоянии «1») Q-выход D-триггеров D1, D2, D3 переходит в состояние «1»). Это соответствует подключению комплекта устройств ввода/вывода информации к системной плате slave motherboard (ВМ-2). (При этом вход PRE D-триггеров остается в состоянии «0»).
При инициализации переключения комплекта устройств ввода/вывода информации slave motherboard (ВМ-2) на master motherboard (ВМ-11) (например, программно путем нажатия на левую (правую) кнопку «мыши» при нахождении курсора в поле side-bar) на вход CLK D-триггеров D1 (D2, D3) с помощью GPIO1 (GPIO2, GPIO3 соответственно) процессора SoC2 ВМ2 подается последовательность импульсов «1», «0», «1». В результате чего (с учетом нахождения входа PRE соответствующих триггеров в состоянии «0») Q-выход D-триггеров D1, D2, D3 переходит в состояние «0» Это соответствует подключению комплекта устройств ввода/вывода информации к системной плате slave motherboard (ВМ-2). (При этом вход CLK D-триггеров остается в состоянии «1»).
Для обеспечения безопасности системы переключения в KVM-переключателе реализован механизм «однонаправленного переключения», который заключается в том, что каждый вычислительный модуль может подать сигналы на D-триггеры для переключения комплекта устройств ввода/отображения информации только на другой вычислительный модуль, но не может переключить комплект устройств/отображения информации обратно на себя. Таким образом, попытка нарушителя переключить комплект устройств ввода/отображения информации на «себя» (на свою системную плату) невозможна из-за такой реализации KVM-переключателя.