KVM遠程鼠標同步方法

　　提出一種基于高速USB2.0-HID 類規(guī)范的鼠標同步方法。在傳統(tǒng)相對鼠標同步方法中加入自適應(yīng)"殘差處理",去除相對偏移的累積誤差，增加一種絕對鼠標同步方法，用雙字節(jié)絕對坐標值代替?zhèn)鹘y(tǒng)單字節(jié)相對坐標偏移進行定位。實驗結(jié)果表明，該方法使同步延遲時間降至3 ms 以下，能有效提高同步的精確性和時效性。

　　1 概述

　　KVM 即鍵盤(Keyboard)、顯示器(Video)、鼠標(Mouse)的縮寫組合[1].由于網(wǎng)絡(luò)延時或被控機分辨率不在KVM 可控范圍內(nèi)等因素，傳統(tǒng)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(yīng)等問題。故提高鼠標同步的精確性和時效性，成為KVM 技術(shù)發(fā)展的一項重要內(nèi)容。目前支持設(shè)備通用連接并具有高傳輸速率的USB 接口已成為外設(shè)連接PC 主機的主流方式。

　　USB2.0 接口標準在原有的12 Mb/s 和1.5 Mb/s 傳輸速率基礎(chǔ)上加入480 Mb/s 的高速支持，使單位時間內(nèi)能夠傳輸和處理更多的事務(wù)數(shù)據(jù)。鍵盤、鼠標等支持人與計算機交互的設(shè)備歸為人接口設(shè)備(Human Interface Device, HID)類，是最為廣泛使用的USB 設(shè)備，并已得到Windows/Linux 等操作系統(tǒng)內(nèi)置驅(qū)動程序的良好支持。本文依據(jù)HID 類規(guī)范協(xié)議，通過高速USB2.0 的硬件支持，向被控機發(fā)送信令數(shù)據(jù)模擬鼠標操作。

　　2 鼠標同步方法

　　2.1 實現(xiàn)原理

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

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　　圖1 KVM 框架示意圖

　　HID 類設(shè)備的信息以描述符形式存儲在設(shè)備ROM 中，通過設(shè)置、檢測相應(yīng)描述符結(jié)構(gòu)完成設(shè)備與主機之間信令、數(shù)據(jù)的傳輸和獲取。HID 類設(shè)備的具體應(yīng)用數(shù)據(jù)如鍵盤鍵值、鼠標指針值等主要用報告描述符進行描述。報告描述符由多片規(guī)則則條目的信息由片段組成，可由HID 類規(guī)范自定義數(shù)據(jù)表達類型。主要條目第3 位數(shù)值(Bit2{Absolute(0)|Relative(1)})標識設(shè)備操作使用是絕對模式還是相對模式，從而在支持鼠標同步方法中，有絕對同步和相對同步這2 種方式。鼠標數(shù)據(jù)內(nèi)容包括鼠標的按鍵狀態(tài)、坐標位置和滾輪滾動值等。

　　傳輸方式根據(jù)鼠標應(yīng)用數(shù)據(jù)量較小、不定時發(fā)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(wù)可傳送最大數(shù)據(jù)包的容量達1 024 Byte,輪詢事務(wù)的時間間隔僅為125 Fs,支持傳輸速率可達到24.5 Mb/s.

　　2.2 相對鼠標同步

　　相對鼠標同步是根據(jù)計算前后2 次鼠標坐標的差值，對當(dāng)前鼠標位置進行偏移。由于條目以1 Byte 為單位，因此傳輸單字節(jié)坐標偏移的相對同步方式最早應(yīng)用于KVM 的鼠標同步。相對鼠標同步的有效數(shù)據(jù)區(qū)定義如表1 所示。

　　表1 相對鼠標同步數(shù)據(jù)區(qū)定義

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

　　相對偏移差值數(shù)值范圍為?127~127,當(dāng)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(huán)多次發(fā)送差值數(shù)據(jù)。滾輪以±1表示向上或向下滾動一格，并可累計滾動格數(shù)，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報告描述符內(nèi)容如表2 所示。

　　表2 相對鼠標同步的報告描述符

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　　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(shù)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(yīng)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(zhuǎn)換、累計殘差、足1 補齊的方式，具體實現(xiàn)方法如下所述：

　　(1)坐標值精度轉(zhuǎn)換。

　　采用short 型雙字節(jié)數(shù)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(32 767, 32 767)，將界面獲取的坐標根據(jù)屏幕分辨率按比例進行轉(zhuǎn)換。

　　同時記錄本次的雙字節(jié)絕對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(zhuǎn)為short 整型時丟棄的小數(shù)值。當(dāng)累計值大于1 時，在當(dāng)前坐標差值上補1 再進行發(fā)送。同時定時檢測誤差累計值大于1 的次數(shù)頻率，當(dāng)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，然后再用一次至多次偏移，將鼠標定位到控制主機記錄的最后坐標位置。

　　然后采用13 次坐標偏移，若以1 920×1 080 分辨率屏幕為上界，則在當(dāng)前主流顯示器中，均可以將鼠標移至屏幕左上角。