基于Actel FPGA的KVM-OSD控制方案

KVM(Keyboard、Video、Mouse的縮寫)，正式的名稱為多計算機切換器。通俗理解，就是一組鍵盤、顯示器和鼠標實現控制2、4、8、甚至4096臺以上的計算機主機。OSD(OnScreen Display)即在屏顯示系統，是應用在電視機或監視器上，在屏幕上疊加字符信息或特殊的圖形，讓使用者得到一些訊息的電子裝置。

近年來隨著市場經濟的飛速發展，視頻監控系統在銀行、路橋監控、水利、航運交管、大型企業、治安、消防、小區安防、可視對講、智能小區信息發布等領域中發揮著越來越重要的作用。KVM與OSD的結合，利用KVM主機切換系統在多個不同操作系統的多臺主機之間切換，以宴現系統和網絡的安全性，可管理性，提高管理人員的工作效率、節約機房面積，降低網絡服務器系統的總體成本面，同時向用戶提供友好的人機界面。

1.概述

(1)功能概述

可以在本地監視器或者遠端監視器上，實現菜單疊加，以實現可視化操作，以窗口的形式表現，更加人性化；功能上，可以支持多個切換器疊加以及控制更多主機或者服務器，有很好的擴展性，同時可以設定自動化掃描以監控服務器運行狀態，另外可以設置操作密碼，加強安全管理：

·OSD字符疊加功能，可在圖片上直接疊加字符：

·兼容NTSC制式和PAL制式：

·內部集成制表符，支持疊加表格信息：

·字符顯示、清屏、閃爍等操作僅由七個指令就可完成，同時提供所有操作函數：

·實現多主機的切換，多功能，人性化的監控功能。

同時，該方案中設計了很多接口，比如鍵盤輸入、鼠標輸入、視頻輸入、視頻信號輸出等等，這些應用極大的發揮了FPGA的靈活性，以及其在接口領域強大的性能。結合廣州周立功單片機發展有限公司的TFT方案控制，為您量身打造低成本、高性能、高安全性的KVM—OSD方案。

(2)系統框圖

KVM.OSD方案的系統框圖如所示，主要包含視頻輸入、OSD疊加輸出、人機輸入手段等部分功能。

2.各功能模塊介紹

本文介紹的KVM—OSD從技術上可以分為3個部分來介紹：一是TFT／VGA顯示控制：二是OSD字符疊加：三是多選一切換矩陣的控制。

(1)TFT／VGA顯示控制

廣州周立功單片機發展有限公司推出的基于Actel FPGA的TFT控制器，大部分具有TFT／VGA雙顯的功能，本方案中使用A3P060驅動器，驅動器外部使用SDRAM作為顯示緩存，可以很好的驅動大分辨率的顯示終端。

(2)OSD字符疊加

OSD模塊的組成如圖4所示。OSD模塊主要由FPGA、SRAM、FLASH和行場同步分離器件組成。其中，主控器件采用Actel公司第三代Flash架構、容量為6萬門的FPGA。采用FPGA作為主控器件具有良好的靈活性，可根據用戶需求來定制通信接口、視頻疊加的通道數以及字體大小。同時，ActelFPGA具有的固件免疫特性使得系統可以工作在戶外、工業控制場合以及較惡劣的環境中。

在電視系統中，為了能夠正確地重現圖像，要求收端與發端同步掃描。只要掃描頻率相同、起始相位相同、收端就可以重現發端圖像，因此需要在圖像信號中加入行場同步信號保證收端和發端能夠同步。要在視頻上疊加字符就必需要獲得與發端同頻同相的同步信號，因此需要行場同步分離器件將發送端的同步信號分離出來，攝像頭輸出的視頻信號經過行、場同步分離器件分離出行同步信號和場同步信號。FPGA根據行同步信號和場同步信號確定屏幕坐標，根據Mcu發送數據在屏幕上指定的坐標處疊加字符信息或執行清屏、閃爍等動作。

Flash和SRAM同樣也是OSD中重要的組成部份。Flash用于存儲字庫，字庫中存儲字符點陣的多少決定了所能疊加字符的數量。采用SPI接口的Flash操作時序簡單，同時又能節省FPGA的I／O資源。當需要更換字庫日寸可將字庫直接下載到Flash中或直接替換存儲有字庫信息的Flash器件即可，這樣可以滿足不同應用和成本上的需求，擴展性好。

SRAM作為顯示緩存，存儲著需要在視頻上疊加的字符信息。當FPGA內部行、場計數器計數到指定的行和列時輸出SRAM中的數據流就可以在屏幕上顯示相應的字符信息。SRAM同樣也可根據不同的應用需求選擇不同的容量用以滿足不同應用和成本上的需求。

(3)KVM切換器

本文KVM切換器的主要目的是讓統一組KVM操作臺可以連接到許多臺設備。這可以讓使用者從操作臺訪問及控制許多臺計算機或服務器。

由于企業服務器具有關鍵任務的角色，因此通常會放在稱為數據中心或服務器機房的安全環境里。服務器機房可能是小型的柜子或房間，也可能是很大的空間，其中含有幾百臺或甚至幾千臺服務器。這些通常稱為數據中心。數據中心的設計是要保護里面的服務器，并且提供非常可靠的電源與發電機；有高度的實體保全，還要有高階的冷熱通風與空調(HVAC)系統。

KVM切換器的主要目的是要讓一組KVM操作臺可以連接到許多個設備，讓使用者能夠選擇性地從自己的KVM操作臺控制一個或另一個設備。

本文的KVM-OSD方案，側重于將OSD和HTFT／VGA顯示控制結合在一起。實現功能豐富、性能優越、控制簡單的監控系統。由于采用了廣州周立功單片機發展有限公司業已成熟的TFT控制方案，本文的KVM-OSD可以隨意的在全彩圖片上疊加字符信息，具有很廣泛的市場應用。

3.市場應用

KVM-OSD的方案，可以應用于互聯網數據中心、信息控制中心、電信尋呼系統、證券／期貨交易系統、銀行數據中心、工業控制環境、教學環境、測試中心、視頻監控、電廠監控、機房管理、其它多主機環境等的監控場合。

4.小結

本文主要介紹了基于Actel FPGA的KZVM-OSD方案的功能和應用。敬請關注周立功公司的網站www.zlgmcu.com以獲得更多的信息。我們有著一個接近30人的FPGA團隊提供強有力的售后服務和技術支持，解決用戶在產品使用和研發過程中遇到的困難。若有更多的需求可以與我們聯系，我們將會竭誠為您服務，并請關注下期的FPGA專題技術講座。