基于usb接口的公共機房無人化管理

基于usb接口的公共機房無人化管理

0usb接口機房無人化管理目前，計算機房無人化管理的系統(tǒng)主要包括三種類型：純軟件模式、硬件結(jié)合模式和純硬件模式。其中,純硬件方式多數(shù)是基于IC卡的。使用這種方式的機房管理人員需要為每臺計算機裝置一臺IC卡讀寫裝置,用于計費及控制:插卡可開機計費,拔卡或卡內(nèi)余額為零時關(guān)閉計算機,客戶機端為一個獨立的系統(tǒng),不需要和管理機通信,可以最大限度的保證安全性,也可真正做到無人化管理。但要為每臺計算機添加一塊控制卡和IC卡機,因此成本太高且安裝復(fù)雜。本文將介紹一種基于USB接口的機房無人化管理新方法。與IC卡相比,使用USB接口的上機卡的最大優(yōu)點在于無須為計算機增加新的硬件裝置,支持即插即用功能,讀寫速度快,性能穩(wěn)定可靠,成本低廉。以下將介紹這種基于USB接口的上機卡的設(shè)計原理和實現(xiàn)方法。1系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中,系統(tǒng)管理、卡務(wù)管理和統(tǒng)計查詢模塊由一臺管理機負(fù)責(zé)。管理員主要負(fù)責(zé)辦卡和充值。管理機無須和用戶機相連接,即管理員不用去管學(xué)生何時上下機,因為記錄上下機時間和計費處理全部由上機卡自動完成。管理員也不用擔(dān)心學(xué)生逃費問題,因為只有當(dāng)學(xué)生將上機卡插入USB口且卡內(nèi)余額大于下限值時,鍵盤、鼠標(biāo)才處于可用狀態(tài),否則鍵盤和鼠標(biāo)是處于加鎖狀態(tài)的。在學(xué)生機端只要安裝一個小的監(jiān)控程序即可,該監(jiān)控程序主要用于檢測上機卡與計算機的連接情況、卡內(nèi)余額是否大于下限值,對鍵盤和鼠標(biāo)進行加鎖或解鎖等。當(dāng)學(xué)生開始上機后,上機卡記錄開始上機的時間和機器號,之后則每6min刷新一次卡內(nèi)余額和下機時間。如果卡內(nèi)余額低于下限值或拔卡,則PC機重新將鍵盤和鼠標(biāo)鎖住,使計算機處于不可用狀態(tài)。學(xué)生上機流程如圖2所示。2充值記錄表和操作表本系統(tǒng)主要用到以下數(shù)據(jù)表:賬戶表(卡號,學(xué)號,姓名,性別,班級,院系,注冊日期,失效日期,備注)用戶上機記錄表(卡號,機器號,上機日期,上機時間,下機時間,余額)充值記錄表(充值流水號,卡號,充值日期,充值時間,充入金額,操作員編號)機房使用情況表(記錄編號,卡號,機器號,上機日期,上機時間,下機時間)操作員表(操作員編號,姓名,密碼,權(quán)限)其中,存放在管理機中的數(shù)據(jù)表有賬戶表、充值記錄表、機房使用情況表和操作員表,存放在上機卡中的數(shù)據(jù)表是用戶上機記錄表。存在賬戶中的金額由兩部分組成:一部分是根據(jù)教學(xué)計劃所開設(shè)的課程預(yù)存的免費機時金額(即劃撥數(shù)),這部分每一學(xué)期作一次初始調(diào)整,且只在本學(xué)期內(nèi)有效;另一部分是用戶自己購買的金額(即自費數(shù))。3系統(tǒng)執(zhí)行方法3.1cd2/cat2上機卡使用USB接口和PC機相連,卡內(nèi)有一個8位的處理機P89C52及一個E2PROM(CAT24WC64)。P89C52是上機卡的核心芯片,用于各種信息的處理。P89C52是一個標(biāo)準(zhǔn)的80C52型單片機,包含了片內(nèi)256個字節(jié)RAM,64K的FLASH,固件程序完全可以設(shè)置在芯片內(nèi)部,不需要額外的程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器,可以大大簡化整個電路設(shè)計,節(jié)約功耗。CAT24WC64是一個64K位的E2PROM,主要用于存儲卡號、密碼及上機記錄。單片機從CAT24WC64中讀出數(shù)據(jù),將處理過的信息存回CAT24WC64中。上機卡采用菲利普公司生產(chǎn)的PDIUSBD12(簡稱D12)作為USB接口,符合USB1.1的規(guī)范。D12通過8根數(shù)據(jù)線和單片機相連,用于和單片機交換數(shù)據(jù)。3.2功能模塊實現(xiàn)上機卡的固件程序主要分3個模塊:USB基本功能實現(xiàn)模塊,E2PROM的訪問模塊,卡的計費管理模塊。其中前兩個模塊是獨立的,而第3個模塊的實現(xiàn)依賴于前兩個模塊。3.2.1基本功能方面USB基本功能模塊利用D12接口芯片的功能,完成USB設(shè)備的一些基本功能。比如USB接口初始化,USB設(shè)備的地址獲取,和主機配合完成枚舉功能,和主機側(cè)的數(shù)據(jù)傳送等。這部分程序可以參看和D12編程有關(guān)的資料。3.2.2對2prm的訪問在本系統(tǒng)中,采用軟件的方法來生成I2C的時序,從而達到控制E2PROM的目的。對E2PROM的訪問主要用以下5個函數(shù)來實現(xiàn):(1)啟動總線函數(shù),啟動I2C總線,即發(fā)送I2C起始條件。(4)字節(jié)數(shù)據(jù)接收函數(shù),用來接收從器件傳來的數(shù)據(jù),并判斷總線錯誤(不發(fā)應(yīng)答信號)。(5)應(yīng)答子函數(shù),用來應(yīng)答從器件是否收到了正確的數(shù)據(jù)。3.2.3usb接口驅(qū)動計費管理模塊是整個固件程序的主要部分,其功能主要劃分為如下5個部分。(1)上機卡的卡號設(shè)置:卡號由6個字節(jié)組成,由主機產(chǎn)生后傳送到上機卡,經(jīng)有效性驗證后寫入E2PROM的卡號信息區(qū)。(2)上機卡的卡號獲取:當(dāng)主機向上機卡發(fā)送一個獲取卡號請求事件數(shù)據(jù)包后,固件程序從卡號信息區(qū)讀出卡號,放入一個6字節(jié)的數(shù)組中。然后通過USB接口,向PC機發(fā)送一個應(yīng)答數(shù)據(jù)包,其內(nèi)容就是這6個字節(jié)的卡號。(3)計時服務(wù)啟動:當(dāng)上機卡得到一個請求計時服務(wù)事件的數(shù)據(jù)包后,就從E2PROM中獲取剩余金額和費率,并啟動一個定時器。如果剩余金額小于或等于0,就用特定指令切斷USB接口的軟連接。定時器的作用是,每隔6min就從剩余金額中減去費率值。(4)停止計時服務(wù):上機卡得到一個主機發(fā)來的停止計時服務(wù)的要求,就將已經(jīng)啟動的定時器停止,然后向主機發(fā)送應(yīng)答。(5)充值服務(wù):當(dāng)上機卡從主機得到一個充值事件的數(shù)據(jù)包時,就啟動一個充值服務(wù)過程。上機卡收到充值事件的數(shù)據(jù)包后,先判斷該數(shù)據(jù)是否合法。判斷的方法是這個數(shù)據(jù)包長度必須是3個字節(jié),且第2個字節(jié)是卡號的第2個字節(jié)。如果合法,就讀取原有的金額再加上新充值的金額,寫入剩余金額信息區(qū),然后向主機返回一個應(yīng)答。3.3主機側(cè)面的軟件設(shè)計主機側(cè)的軟件設(shè)計共分3部分:上機卡的驅(qū)動程序,上機卡的管理程序,上機卡使用的計費程序。3.3.1de既耦合又修改的動程序上機卡是一個USB設(shè)備,所以它必須具有自己特定的驅(qū)動程序。上機卡驅(qū)動程序主要有兩個功能:一是設(shè)備的初始枚舉功能,二是對各IOCTL請求碼進行處理。在本系統(tǒng)中,用戶程序?qū)τ隍?qū)動程序的所有請求,都是通過調(diào)用DeviceIoControl函數(shù)來完成的。DeviceIoControl函數(shù)中,最重要的參數(shù)就是IOCTL請求碼。該驅(qū)動程序構(gòu)造了九項IOCTL請求碼,分別是獲取上機卡號功能、設(shè)置上機卡號功能、初始化上機卡功能,設(shè)置服務(wù)費率功能、獲得服務(wù)費率功能、讀出當(dāng)前卡中余額、對卡進行充值、啟動服務(wù)功能、停止服務(wù)功能。此外,還應(yīng)該將DeviceIoControl函數(shù)中傳遞給驅(qū)動程序的輸入輸出參數(shù)設(shè)置好。這樣,驅(qū)動程序就可以根據(jù)IOCTL請求碼和參數(shù),調(diào)用USB總線驅(qū)動程序,來完成特定的功能。3.3.2限制會卡、充值,將“高水平用戶”添加相應(yīng)的服務(wù)平臺,將公車卡進行發(fā)送,并向策略方向經(jīng)營上機卡的管理程序是上機卡管理人員在管理機上運行的一個程序,普通用戶是不能運行的。管理程序使用VC編寫,主要功能如下:第1部分是上機卡的卡號設(shè)置:卡號由6個字節(jié)組成,其中第1、2兩個字節(jié)組成的是卡的順序號,后面4個字節(jié)是通過特定算法得到的檢驗號。如果檢驗號有錯誤,上機卡將拒絕對本卡卡號進行設(shè)置。第2部分是上機卡的費率設(shè)置:為了防止一些“高水平用戶”自行更改費率,管理程序不是單純的將新的費率發(fā)給上機卡,發(fā)送的數(shù)據(jù)是兩個字節(jié),第1個字節(jié)表示費率設(shè)置服務(wù)號,第2個字節(jié)表示該項服務(wù)每6min所消費幣值,單位是角。如果費率設(shè)置服務(wù)號不正確,上機卡就拒絕對費率進行設(shè)置。第3部分是上機卡費率查詢:管理程序使用特定的IOCTL請求碼,通過驅(qū)動程序從上機卡得到當(dāng)前的費率值,然后再顯示給用戶。第4部分是上機卡的余額查詢:管理程序使用特定的IOCTL請求碼,經(jīng)過驅(qū)動程序,從上機卡得到當(dāng)前的余額,然后再顯示給用戶。第5部分是上機卡的充值:管理程序通過驅(qū)動程序向上機卡充值,單位是角。同樣,為了防止一些“高水平用戶”自行給上機卡充值,和充值過程中發(fā)生意外,設(shè)備管理程序分兩步給上機卡充值。首先給上機卡發(fā)送新充的金額,以角為單位。和金額同時發(fā)送的還有一個驗證碼,這個驗證碼不是固定的,而是根據(jù)不同條件生成的,如果驗證碼不正確,上機卡將拒絕充值。然后等待上機卡充值成功的回答,再向上機卡發(fā)送應(yīng)答信息。這兩步都成功后,充值才能成功,否則,上機卡上的余額是不能改變的。3.3.3機體卡拔制器上機卡使用的計費程序運行在用戶要使用的機器上,計費程序主要分如下3個模塊:第1部分是上機卡插入處理功能。該功能是在用戶將上機卡插入PC機后,計費程序首先向上機卡獲得當(dāng)前余額。如果當(dāng)前余額不為0,或者當(dāng)前余額大于一個規(guī)定值,就將鍵盤、鼠標(biāo)解鎖,并通知上機卡開始計費服務(wù)。第2部分是上機卡拔出處理功能。上機卡的拔出分為兩種,一是用戶將上機卡拔出,二是上機卡的余額用完,上機卡內(nèi)的固件程序?qū)⒆詣忧袛郩SB的軟連接。這兩者對PC機來說,效果是一樣的,都認(rèn)為上機卡拔出。上機卡拔出后,系統(tǒng)也會通知用WM＿DEVICECHANGE計費程序的主窗口。計費程序在上機卡拔出處理過程中,將鍵盤、鼠標(biāo)加鎖。第3部分是上機卡費用查詢程序。這個功能是讓普通用戶也可以查看所持上機卡余額。4穩(wěn)定性和可