一种基于Windows的网络图形终端机的制作方法

专利名称：一种基于Windows的网络图形终端机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及网络客户终端技术，具体是一种基于Windows的网络图形终端设备。
据不完全统计，CPU的升级速度在近半年中几乎达到了每月50~100MHz的速度。目前，1000MHz的Athlon处理器已经开始零售。试想，会有多少个人、用户真正需要工作站级的微机呢？对于广大银行、证券等商业用户而言，PC机太多、太强的功能，其实是一种浪费。大多数企业购置PC，仅仅也只是为了其中的一项或几项应用。总之，传统PC机终端普遍存在成本高和资源浪费问题。
本实用新型的基于Windows的网络图形终端机(Windows-BasedTerminal，WBT)，通过网络与服务器连接，用于接收服务器从网络传来的用户界面，返回键盘和鼠标等输入信息供服务器处理，其特征在于包括一个中央处理单元(CPU)，用于提供存贮管理和存贮器接口，支持WinCE和Linux操作等系统；一个南桥芯片(图形伴侣芯片)，用于提供ISA和PCI总线接口，提供CRT和TFT显示接口，通过PCI总线和系统视频线(SYSTEM VIDEO)连接于中央处理单元；一个连接于中央处理单元PCI总线的网卡芯片；一个多功能接口，通过多功能接口将需要的串行接口、并口接口、键盘接口以及鼠标接口挂接到南桥芯片ISA总线上；以及时钟电路，用于提供系统所需的所有时钟信号。
本网络图形终端(Windows-Based Terminal，WBT)是基于Windows的终端设备，是在美国微软公司大力支持下的新一代网络客户端产品。它通过网络与服务器连接，所有的软件安装、配置、运行、通信、数据存储等都在服务器端完成，WBT只作为输入输出的设备。它充分利用服务器资源和处理能力使得系统在总成本、可管理性、可维护性、安全性、投资延续性、升级成本、防病毒能力等多方面有强大优势。它既具备了PC功能强大的优点，又摒弃了传统PC机终端的成本高和资源浪费问题等问题，是商业用户的最佳选择。
在基于LAN和WAN的网络环境下，本WBT终端机在取代PC的功能基础上具有如下的特点安全性由于没有移动存储介质，如软盘和光盘，杜绝了病毒入侵的途径，同时保证数据安全，不被非法窃取。
管理性由于采用集中式管理，软件升级、安全的应用配置和访问都在服务器上完成，终端直接从终端SERVER使用应用程序，不存在系统兼容问题，不会因过时而被淘汰，不必给每个客户端安装软件。
高效性网络上传输的只有鼠标、键盘和显示变化信息，大大减轻了网络负荷，提高了网络的使用效率； WBT开关机迅速。
维护WBT内部没有硬盘、软驱、风扇等最易出故障的机械部件，因而几乎不需要对其进行维护。
升级由于所有的应用程序的运行和存储都在服务器进行，WBT本身不需要升级。
低成本WBT的总体拥有成本在桌面产品中是最少的。WBT体积小巧，并且可以和显示器一体化。用户投入最低极限即可让无盘站低档机轻松跨入WINDOWS 2000终端。
图l、2所示WBT UC系列终端是本实用新型基于美国国家半导体公司新一代Geode系列信息家电CPU GXl而开发出的第四代瘦客户机。


图1a为终端机的正视图，图1b为其后视图。图示各部分是微型机箱l、电源开关2、指示灯3、USB接口4、键盘接口5、鼠标接口6、串行接口7、打印接口8、电源插口9、显示器接口10、网络接口11、音频线插口12、耳机插口13以及麦克风插口14。
如图2所示，本终端采用了先进的3P(Price、Performance和Power)优化技术，CPU支持频率为200-333MHz，并自带存贮管理和存贮器接口(也就是说CPU已经集成了北桥的功能)，其最大内存寻址范围为512M，CPU架构为标准的32位X86处理器，支持WinCE和Linux等操作系统，在高性能服务器和宽带网络传输的支持下，其运行速度与Pentium系列持平，并且整机在功耗、体积等方面远优于同类其他产品。
GXl的核心是基于Cyrix的32位x86技术，经与图像处理等混合信号与模拟技术相结合，形成了标准的IA单芯片平台。GXl本身拥有第六代处理器技术(其物理制成也采用了先进的0.18微米四层金属CMOS处理，完全静态设计)，整数方面包括单条五层执行管道、操作数前送、分支目标缓存、宽写缓冲、16KB回写式一级缓存，其中一级缓存可帮助GXl在获取操作数时动态快速排序，避免管道延迟。
为了增强CPU的功能，NS在芯片外围加入了其它功能单元，包括VGA(video graphics array，视频图像阵列)控制器、bitBLT引擎、完全GUI(Graphics User Interface，图形用户界面)加速ROP(raster operations，光栅操作) 单元、30帧/秒MPEGl回放的NS Geode输入/输出或图形伴侣芯片(CS5530或CS9211)、SDRAM控制器、支持三个总线主控设备的PCI控制器，其中集成SDRAM能够让一级缓存与主内存连结更紧密，无须再使用二级缓存。
拥有完全的纯硬件GUI加速功能，由BitBLT引擎负责帧缓存和矩形填充，并在CPU内加入额外的指令来帮助图形解码，此过程联合了硬件和软件协同工作，增加系统内存和帧缓存之间双向操作的速度。BitBLT引擎还能完成描绘随机向量和三角形填充，已具备初步的3D加速能力，其显示端口是一个直接连结I/O伴侣芯片的通道，用来驱动TFT、LCD或CRT显示器。视频生成系统从帧缓存中取图像数据，并完成必要的查找任务，把数据指针插入像素资料流，接着产生显示定时控制，最后按照一定的格式输出到显示器。显示控制器包含了DCT架构，允许GXl处理器从压缩帧缓存资料中进行刷新，能够大大减少屏幕刷新带宽，避免数据争夺传输通道。
其内存控制器直接驱动一个64位SDRAM端口，内存队列包含了主内存和图形帧缓存，最大支持四个bank模块，每个模块由两个或四个bank组成，即16个bank，共512MB内存。GXl、图形加速器和显示控制器可同时向内存控制器提出多重请求，内存子系统拥有的缓冲区能够减少图形子系统和CPU争夺带宽的问题。内存控制器通过内部总线的协调工作，很好地对所有内存进行缓冲。
另外，还集成了全功能PCI接口模块和仲裁机构，所有存取外部I/O设备的命令都通过PCI总线来发送。虽然内存存取工作主要由SDRAM控制器来完成，但内部总线的地址映射逻辑才能决定内存存取的目标是SDRAM还是PCI总线。
南桥CS5530A上提供了两种十分重要的总线接口ISA和PCI。为了提高网络的存取速度，我们采用的是带有PCI接口的网卡芯片。相对速度较慢的串、并口和键盘、鼠标接口，我们通过一片多功能芯片PC97317将它们挂接到ISA总线上，对于工业级的用户，按其特殊需求，我们可提供RS485/RS422可选件接口；同时，按照系统实际需要及结构特点，我们也将DOC和BIOS一起挂接到ISA上。虽然CS5530A同时提供了CRT和TFT显示接口，考虑到实际使用情况，我们在系统中只提供一种通用的CRT接口，TFT接口预留给特殊需求客户。
由于多媒体的日益普及和流行，我们在系统设计中将此部分设计为声卡可选件，声卡接口严格按AC97标准进行设计，提供双声道输出功能，并提供麦克风和LINE两种输入接口。
尽管CS5530A已经提供了IDE接口和USB接口，考虑到商业用户和一般个人用户的需要，我们同样提供一些Compact Flash Card、PCMCIA Card等存贮器(卡)接口，以利于用户的功能扩展。系统所需的所有时钟信号均由MK1491芯片提供。电源采用单一的+5V(DC)供电。
图3、4是图1网络图形终端机的软件系统结构图。软件由以下系统引导部分、操作系统部分、文件系统部分、图形系统部分以及应用软件部分5部分组成。
系统引导部分分为两种方式(1)本地引导；(2)远程引导。本地引导又可分为1)OC引导；2)FDM引导；3)FLASH引导。
操作系统采用Linux操作系统，配合特殊硬件定制的驱动程序，提供了强大的低层功能，包括虚拟内存技术，虚拟文件系统，安全的进程管理，完整的网络模块。
图形系统是小型的X图形服务器，文件系统包括系统一个系统运行环境和各种相关工具。
应用软件部分包括RDP.ICA的客户端软件，DOS模拟器等。
这种系统的架构特点是兼容性好，配置灵活，功能强大。
软件流程引导程序加载操作系统核心，操作系统核心获得控制，管理内存，进程与文件系统，应用程序必须通过特定的接口，才能与核心通信，完成特定的功能，核心初始化完成后，启动一个初始化进程，此进程然后启动图形服务器与RDP或ICA程序。
以RDP程序为例说明，RDP程序作为一个客户端程序，启动后寻找Windows服务器，建立连接与服务器完成协议的协商，启动协议控制，客户端机器即成了为一台Windows的图形终端。
RDP的概述远程桌面协议(Remote Desktop Protocol，简称RDP)是外观显示协议，可以支持基于Windows的终端(Windows-basedterminal，简称WBT)或其他基于Windows的瘦客户端与基于Windows的服务器通过局域网(local area network，简称LAN)或广域网(wide areanetwork，简称WAN)、拨号网络、综合业务服务网(Integrated ServicesDigital Network，简称ISDN)、数字回路线路(digital subscriber line，简称DSL)或虚拟专用网(virtual private network，简称VPN)连接通信。RDP专门为运行在服务器上的、基于Windows的应用程序提供网络连接上的远程显示和输入功能。
Windows NTServer 4.0的终端服务器版本的外观显示协议是RDP 4.0，而Windows 2000终端服务使用的是RDP 5.0。但是这两个版本是完全兼容的。
RDP基于国际电信联盟(International Telecommunications Union，简称ITU)定义的协议标准T.120家族系列。作为一个多信道协议，RDP可以在不同的虚拟信道中传输数据、串行设备通信和高性能的加密数据，例如键盘和鼠标操作数据。此外，它的体系结构特性支持多点数据传输，即将数据从一个实时应用程序一次性传输到多个目的地，而不是经过多次发送。
通过RDP栈发送和接受数据涉及到的行为与通用局域网中描述的七层开放系统互连(Open Systems Interconnection，简称OSI)模型一致。应用程序或服务的数据从协议栈由上至下传输，分段、分配到信道、加密、打包、分帧、打包到网络协议、最后按照地址发送到客户端。返回的数据以相反的方向进行操作，去除地址、解包、解密，直到数据传输到应用程序。对于协议栈主要的修改部分是第四层和第七层之间，在这里数据进行加密、打包、分帧、发送到信道、按优先级高低发送。
对应用程序开发人员而言比较重要的一点是在使用RDP时，Microsoft已经将处理协议栈的复杂部分抽象出来了。这可以让Microsoft简化编写整洁的、良好设计的、性能优良的32位RDP应用程序，而RDP栈是由服务器和客户端负责。
有关应用程序如何与终端服务器交互以及在为基于Windows的终端服务器基础构架开发应用程序的时候应该注意什么的详细信息，请参阅为Windows NT Server 4.0终端服务器版本优化应用程序白皮书。下表提供了有关RDP的特性

RDP是基于IT T.120协议簇标准的扩展。作为一个多信道协议，RDP可以在不同虚拟信道中传输数据.RDP在Server端使用了自己的视频驱动器，实施显示输出，通过RDP协议构造，显示信息包和通过网络发送到客户机，在客户端它接收数据并解释和通过调用相应的Win32到服务器，在服务器端，RDP用它自己的虚拟的键盘和鼠标驱动，去接收这些事件。
RDP支持为减少传输数据量，通过网络的传输数据各种不同机制，压缩，缓存位图，字形和图块的片断在RAM中，RDP连接中因缓存位图，增加了10M RAM缓存，同样在后来的服务期间有效，对付带宽和大位图缓存特别重要。
打印转向在应用中和改变打印机的目的地包括本地打印。
远端控制Helpdesk staff可以看和控制另外终端在工作期间，键盘输入，鼠标移动，显示图象共享在两个终端连接期间。
T.120概述如下ITU-T T.120(07/96)Data Protocols for Multimedia Conferencing是ITU-T的一个标准，包含了一系列通信和应用协议和服务，提供了对实时、多点数据通信的支持。
T.120基本框架分为多层，每层都定义了层与层之间协议与服务，每一层都建立在其下层基础上。其中，底层(T.122/T.125、T.123、T.124)是T.120的核心技术，确定了一种独立于应用的机制，这种机制能为任何基于此核心技术的应用提供多点通信服务功能。上层则定义了能实现一定功能的应用协议，如白板共享、多点文件传输、应用共享、聊天、远程设备控制等。
T.121为T.120的资源管理提供了基本应用模板，是开发人员构建应用协议的向导。T.121对于标准应用协议来说是必需的；而对于非标准的应用协议，ITU也建议使用GAT模板。
T.123为T.120所支持的每一种网络结构(PSTN ISDN CSDN PSDNTCP/IP NOVELL NETWARE、IPX)定义了传输协议栈轮廓，并为上层MCS提供了一个统一的OSI传输接口和服务(X.214/X.224)。
T.128应用程序共享采用的标准。
T.126协议支持共享电子白板和硬拷贝图像交换，可以进行基本的鼠标及键盘事件交换，在白板中可以实现静止图像交换、文字标注、绘图等功能。
T.127建议支持多点二进制文件传输，使用MCS可以同时发送多个文件。
随着T.120技术的广泛应用，网络设备提供商已经注意到此项技术。在短时期内，具备这些特征也就有竞争优势。而在不久的将来，产品支持T.120将成为必需的特征。
终端服务提供了通过作为终端仿真器工作的“瘦客户机”软件远程访问服务器桌面的能力。终端服务只把该程序的用户界面传给客户机。客户机然后返回键盘和鼠标单击动作，以便由服务器处理。每个用户都只能登录并看到它们自己的会话，这些会话由服务器操作系统透明地进行管理，而且与任何其他客户机会话无关。客户软件可以运行在多个客户机硬件设备上，包括计算机和基于Windows的终端。其他设备，如Macintosh计算机或基于UNIX的工作站，也可以使用其他第三方的软件连接到终端服务器。
图5是含本网络图形终端机的主从结构的一种网络系统示意图，各终端机(Ucyber 2000、Ucyber 5000、Ucyber 8000、Ucyber 3000等)通过网络与WINDOWS 2000服务器连接。WINDOWS 2000终端是WINDOWS2000 SERVER系统的远程多用户，客户端通过远程显示协议(RDP)、TCP/IP协议和标准的局域网构架联系，WINDOWS终端作为客户端将其键盘、鼠标的输入传递到终端SERVER处理，SERVER再把处理结果传递回客户端显示，众多的客户端可以同时登录到SERVER上，而他们之间的工作是相互隔离的。WINDOWS 2000终端直接从终端SERVER使用应用程序，不存在系统兼容问题，不会因过时而被淘汰，灵活的终端/服务器架构使用户管理更加简单、直观、便宜；用户投入最低极限即可让无盘站低档机轻松跨入WINDOWS 2000终端。
终端服务可以在应用服务器模式或远程管理模式下在服务器上进行配置。作为应用服务器，终端服务提供了一种有效而可靠的方式，通过网络服务器分发基于Windows的程序。在应用服务器模式下，终端服务为可能无法正常运行Windows的计算机显示Windows 2000的桌面以及目前基于Windows的大多数应用程序。在远程管理模式下使用时，终端服务提供了远程访问的能力，使您可以从网络上的任何地方虚拟地管理您的服务器。
Miorosoft Windows NT Server 4.0终端服务器版延伸了Windows NTServer的产品系列，通过终端仿真将Windows操作系统的使用经验延伸到了其他的各种桌面硬件上。终端服务器版本提供了传统大型机的低成本、集中化的管理环境，同时还添加了熟悉的基于图形界面(GUI)的环境、方便的使用、以及Windows平台提供的对大量应用程序的支持。
在Windows 2000发布以后，Windows 2000 Server系列中的所有版本都将终端服务功能集成进了操作系统的内核。这样可以带来以下几个好处可以更好地与其它Windows 2000服务程序集成；降低管理费用，因为只需要一个服务程序包就可以同时进行操作系统和终端服务的升级；降低产品价格，因为不必为获得终端服务功能而另外购买单独的软件包。
在终端服务器上运行软件，可以使所有的应用程序执行和数据处理的工作都在服务器上进行。通过一个终端仿真软件，应用程序被显示在某台用户设备上；这个终端仿真软件可以运行在各种客户硬件设备上，如个人计算机、基于Windows的终端、甚至基于Windows-CE的手持PC设备。
在终端服务中，终端仿真的客户应用程序使用Microsoft远程桌面协议(Remote Desktop Protocol，简称为RDP)向服务器发送击键和鼠标移动的信息。
RDP是基于国际电信联合会(International TelecommunicationsUnion，简称为ITU)的T.120协议，这是一个国际性的、标准的、多虚拟通道的会议协议，该协议在Microsoft Netmeeting会议软件中首次使用的。这是一个为高宽带企业环境设计的兼容Unicode编码的多通道协议。RDP允许自动断开连接和远程设置，同时还支持三个层次的加密。它还通过使用客户端位图缓存和可选的窄带宽下数据流压缩来根据实际情况进行带宽分配优化。终端服务器在服务器上进行所有的数据处理，然后将显示结果送回给用户。这样便于进行集中的应用程序管理同时减少使用大量数据的应用程序所占用的网络带宽，还能够进行服务器的远程控制。用户可以通过任何传输控制协议(transmission control protocol，简称为TCP)和互联网协议(Internet protocol，简称为IP)对终端服务进行访问，如远程访问(Remote Access)、以太网(Ethernet)、互联网、无线网、广域网(WAN)或虚拟专用网(VPN)。用户的使用仅仅受网络连接中连接瓶颈的特性限制，并且连接的安全保障由数据中心的TCP/IP配置进行管理。如果某个企业希望进行这些工作如对网络资源的远程管理，为处于不同地点的分支部门提供统一的使用过程，或者是在基于文本的计算机上使用带图形界面的行业应用软件，那么终端服务将是一个理想的解决方案。以下是部分终端服务所能够带来的好处；1、可以使用低成本的、基于Windows的终端设备。
2、可以将最新的基于Windows的应用程序发送到老式的桌面设备上，如Macintosh计算机、Unix工作站、甚至更早的使用DOS或16位Windows的PC机。
3、终端服务客户机需要最少的硬盘空间、内存和配置。
4、简化了对远程计算机和分支办公室环境的支持，提供了集中的安全性和管理。
5、与现存的应用程序和网络基础架构没有冲突服务器模式终端服务是Windows 2000 Server、Windows 2000 Advanced Server和Windows 2000DataCenter Server提供的一个内置功能。
当管理员安装终端服务的时候，可以在两种服务模式中选择其一远程管理模式和应用程序服务器模式。远程管理模式给予管理员一个强有力的基于图形用户界面的工具，利用它管理员可以通过TCP/IP连接及远程管理任意一台基于Windows 2000的服务器。他们可以管理文件和打印机共享，控制网络上其它计算机的登录，或者从控制台执行几乎所有的任务。在应用程序服务器模式中，可以从一个中心位置来进行应用程序的配置和管理。这样可以节约管理员进行初始开发和配置所需的时间，以及将来进行维护和升级时所需花费的时间和精力。一旦某个应用程序通过终端服务进行了配置，其他客户就可以使用远程连接、局域网或广域网来进行连接。
权利要求1.一种基于Windows的网络图形终端机，通过网络与服务器连接，用于接收服务器从网络传来的用户界面，返回键盘和鼠标等输入信息供服务器处理，其特征在于包括中央处理单元(CPU)，用于提供存贮管理和存贮器接口，支持WinCE和Linux操作系统；南桥芯片(图形伴侣芯片)，用于提供ISA和PCI总线接口，提供CRT和TFT显示接口，通过PCI总线和系统视频线(SYSTEM VIDEO)连接于中央处理单元；连接于中央处理单元PCI总线的网卡芯片；多功能接口，通过多功能接口将需要的串行接口、并口接口、键盘接口以及鼠标接口挂接到南桥芯片ISA总线上；以及时钟电路，用于提供中央处理单元和南桥芯片所需的时钟信号。
2.根据权利要求1所述基于Windows的网络图形终端机，其特征在于所述中央处理单元(CPU)采用Geode GX1芯片。
3.根据权利要求1所述基于Windows的网络图形终端机，其特征在于南桥芯片采用CS5530A芯片，或CS9211芯片。
4.根据权利要求3所述基于Windows的网络图形终端机，其特征在于在南桥芯片外围还设置有声卡接口，提供双声道输出、麦克风和LINE两种输入接口。
5.根据权利要求3所述基于Windows的网络图形终端机，其特征在于在南桥芯片的ISA总线上还挂接DOC接口和BIOS接口。
6.根据权利要求1所述基于Windows的网络图形终端机，其特征在于所述的多功能接口为PC97317芯片。
专利摘要一种基于Windows的网络图形终端机，通过网络与服务器连接，用于接收服务器从来的用户界面，返回键盘和鼠标等输入信息供服务器处理，其包括CPU，用于提供存贮管理和存贮器接口，支持WinCE和Linux操作系统；南桥芯片，用于提供ISA和PCI总线接口，提供显示接口，通过PCI总线和系统视频线连接于CPU；连接于CPU的PCI总线的网卡芯片；多功能接口，通过多功能接口将需要的串行、并口、键盘及鼠标接口挂接到图形伴侣芯片ISA总线上；以及时钟电路。所有的软件安装、配置、运行、通信、数据存储等都在服务器端完成，只作为输入输出的设备，直接从服务器使用应用程序，不存在系统兼容问题，充分利用服务器资源和处理能力使得系统在总成本、可管理性、可维护性、安全性、防病毒能力等有强大优势。具备PC功能强大的优点，又避免了传统PC机终端的成本高和资源浪费等问题，是商业用户的最佳选择。
文档编号G06F15/00GK2528062SQ01271569
公开日2002年12月25日 申请日期2001年12月31日 优先权日2001年12月31日
发明者柯少纯 申请人:柯少纯