СИСТЕМА КОММУТАЦИИ ДЛЯ РАБОЧЕЙ СТАНЦИИ С ДВУМЯ НЕЗАВИСИМЫМИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫМИ МОДУЛЯМИ И ОДНИМ КОМПЛЕКТОМ ВНЕШНИХ УСТРОЙСТВ Российский патент 2021 года по МПК G06F21/82 G06F3/23 G06F3/14 

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, в котором используется контекстная кнопка и синхронизация между ВМ-1 и ВМ-2.

СУЩНОСТЬ

Технический результат - обеспечении информационной безопасности, повышение, защищенности рабочей станции, использующей один комплект внешних устройств, состоящий из манипулятора "мышь", клавиатуры, аудиоустройства, устройства отображения информации, для двух вычислительных модулей. Технический результат достигается за счет использования системы для рабочей станции с двумя независимыми вычислительными модулями и одним комплектом внешних устройств, включающей:

Первый вычислительный модуль (ВМ-1), включающий, 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), включающий, по крайней мере, один процессор, оперативную память, интерфейс GPIO_BM-2, контроллер USB, контроллер HDMI, аудиокодек подключенные к KVM-переключателю,

KVM-переключатель (KVM), включающий:

- 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 аудио-интерфейса, 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,

- аудио интерфейс для подключения аудиоустройства,

- интерфейс GPIO (GPIO_BM-1), подключенный к ВМ-1,

- интерфейс GPIO (GPIO_BM-2), подключенный к ВМ-2,

выполненный с возможностью:

- получения управляющих сигналов от по крайней мере одного процессора ВМ-1 по интерфейсу GPIO_BM-1 и от по крайней мере одного процессора ВМ-2 по интерфейсу GPIO_BM-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 аудио интерфейсу.

В некоторых вариантах реализации система дополнительно содержит интерфейс UART для направленной синхронизации между ВМ-1 и ВМ-2.

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 размещенная 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 сигнала от вычислительного модуля на комплект D-триггеров. После получения сигнала D-триггер осуществляет подачу команды 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 правой кнопки «мыши» при ее нахождении в зоне монитора боковая панель (sidebar) (фиг. 3) происходит переключение монитора (порт HDMI), аудио-разъема 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), аудио-разъему 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, аудио интерфейс (Jack, mini-jack), два интерфейса GPIO для связи с ВМ-1 и ВМ-2.

Триггер D1 отвечает за подключение/переключение аудио-разъема (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, Fire-Wire, PS/2, COM, LPT, HDMI или при помощи средств беспроводной связи - Wi-Fi, Bluetooth, IRDA и т.д.

Подключение комплекта устройств ввода/вывода информации осуществляется через модуль KVM-переключателя. В некоторых вариантах реализации клавиатура и «мышь» подключаются к системным платам (ВМ-1 и ВМ-2) 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): к первому вычислительному модулю через интерфейс DisplayPort, а ко второму вычислительному модулю через интерфейс HDMI KVM-переключателя.

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»), аудио-разъема и устройства отображения информации (монитор, проектор, очки) к первому вычислительному модулю (ВМ-1).

При инициализации переключения комплекта устройств ввода/вывода информации с ВМ-1 на ВМ-2 (путем нажатия на соответствующую контекстную клавишу или программно при помощи нажатия на правую кнопку «мыши» при нахождении курсора в поле боковой панели) 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 ВМ-2. (При этом вход PRE D-триггеров остается в состоянии «0»).

При инициализации переключения комплекта устройств ввода/вывода информациис ВМ-2 на ВМ-1 (например, программно путем нажатия на правую кнопку «мыши» при нахождении курсора в поле боковой панели) 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 ВМ-2. (При этом вход CLK D-триггеров остается в состоянии «1»).

В некоторых вариантах реализации для переключения дополнительно может использоваться аппаратная контекстная клавиша для переключения комплекта устройств ввода/вывода информации с ВМ-2 на ВМ-1 и наоборот. При инициализации переключения комплекта устройств ввода/вывода информации с ВМ-2 на ВМ-1 путем нажатия на контекстную клавишу процессор SoC1 ВМ-1 отправляет в процессор SoC2 ВМ-2 по порту UART код события (нажатие) контекстной клавиши переключения. Процессор SoC2 ВМ-2, получив данный код события, подает на вход CLK D-триггеров D1 (D2, D3) с помощью собственных GPIO1 (GPIO2, GPIO3 соответственно) 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 ВМ-1. При этом вход CLK D-триггеров остается в состоянии «1».

В одном из вариантов реализации переключения комплекта устройств ввода/отображения информации для передачи запроса на переключение используются интерфейс UART (или SPI), размещенные на ВМ1 и ВМ2. В данном техническом решении интерфейс UART реализован в режиме однонаправленной передачи информации с вычислительного модуля ВМ-1 на вычислительный ВМ-2. В штатном режиме порт UART предназначен только для передачи служебной информации.

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 (алгоритм «пинг-понг»). Таким образом, попытка нарушителя переключить комплект устройств ввода/отображения информации на «себя» (на свою системную плату) невозможна из-за такой реализации KVM-переключателя.

Изобретение относится к области компьютерной техники. Технический результат заключается в обеспечении информационной безопасности, повышении защищенности рабочей станции, использующей один комплект внешних устройств, состоящий из манипулятора "мышь", клавиатуры, аудиоустройства, устройства отображения информации, для двух вычислительных модулей. Раскрыта система коммутации внешних устройств для рабочей станции с двумя независимыми вычислительными модулями и одним комплектом внешних устройств, включающая: первый вычислительный модуль (ВМ-1), включающий по крайней мере: один процессор, оперативную память, интерфейс GPIO_BM-1, контроллер USB, контроллер HDMI, аудиокодек, подключенные к KVM-переключателю, второй вычислительный модуль (ВМ-2), включающий по крайней мере: один процессор, оперативную память, интерфейс GPIO_ВМ-2, контроллер USB, контроллер HDMI, аудиокодек, подключенные к KVM-переключателю, KVM-переключатель (KVM), включающий: 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_BM-1), подключенный к ВМ-1, интерфейс GPIO (GPIO_BM-2), подключенный к ВМ-2, выполненный с возможностью: получения управляющих сигналов от процессора ВМ-1 по интерфейсу GPIO_BM-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. 1 ил.

Система коммутации внешних устройств для рабочей станции с двумя независимыми вычислительными модулями и одним комплектом внешних устройств, включающая:

первый вычислительный модуль (ВМ-1), включающий по крайней мере: один процессор, оперативную память, интерфейс GPIO_BM-1, контроллер USB, контроллер HDMI, аудиокодек, подключенные к KVM-переключателю,

второй вычислительный модуль (ВМ-2), включающий по крайней мере: один процессор, оперативную память, интерфейс GPIO_ВМ-2, контроллер USB, контроллер HDMI, аудиокодек, подключенные к KVM-переключателю,

KVM-переключатель (KVM), включающий:

- 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_BM-1), подключенный к ВМ-1,

- интерфейс GPIO (GPIO_BM-2), подключенный к ВМ-2,

выполненный с возможностью:

- получения управляющих сигналов от процессора ВМ-1 по интерфейсу GPIO_BM-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.