基于NS1021的零用户端Zero Client方案

damonzhao

2014/04/01-张琳一  

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[/img]图1：传统的分散式局域网拓扑图。
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本文提出了一种基于USB传输方式的「服务器-零用户端」局域网系统方案设计。该方案和现有的基于以太网传输方式的设计相比，可以进一步降低整个系统的硬件成本，减少系统硬件数量。对于方案提供商无疑是很大的方便。

行业专家普遍认为，未来企业IT架构向「云时代」的转变，将从虚拟桌面接入云开始。提到虚拟桌面，就不能不提零用户端(Zero Client)。近几年，零用户端开始广泛被人们熟知，并且越来越多的专业人士均认同，用户端零管理是最高效、最简单、成本最低并且最安全的虚拟化桌面实施方式。

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一、零用户端简介

首先看看我们现在普遍使用的分散式局域网的拓扑图，如「图1」所示。

我们的办公区网络系统，基本都可以抽象成上图所示的模型。每个工作站就是我们的个人计算机(用户端)，用户端有独立的软硬件设备，可以自成一套完整的系统，很多应用档的处理，可以在用户端独立完成，而不需要借助服务器。因此，在零用户端出现后，他们被称作「胖用户端」。

零用户端的「主机」，没有cpu，没有硬盘，也没有操作系统，其它外设包括显示器、键盘、鼠标等常用硬件。当然，这个系统正常工作，需要一个通道(比如以太网)与外部计算机连接。系统应用的处理，都在服务器端进行。而本地的「主机」，一方面接收键盘鼠标的操作信息并上传服务器，另一方面接收服务器的执行结果，在用户端显示器上显示出来，如「图2」所示。


下面再详细对比一下胖用户端与零用户端的区别，如「图3」所示。可以看出，零用户端的设计，几乎把原有胖用户端的大部分「核心硬件」都省掉了。对外接口只有电源、VGA(或DVI)、USB、以太网口(可选)、音频输入输出等。这就意味著如果使用零用户端，设备成本会大大降低；而且系统简单，组网方便，稳定性更强，功耗更低；维护简单，资料安全性更高。

零用户端有这么多的优势，业内普遍看好其前景。而且，HP、Dell等厂商几年前就已经推出零用户端的产品了。台湾目前也有几个厂商针对这一市场，自行设计软硬件平台，提供了多种解决方案，并开始在市场上推广。

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二、基于USB传输方式的零用户端方案设计

通过前文，可以简单总结如下，零用户端硬件的基本功能主要有两点：第一，双向传输资料；第二，驱动鼠标键盘显示器等外设。但是，对于零用户端产品本身来说，从平台选择，到传输通道，业内并无一个明确的标准。本文只讨论资料传输这一部分。

目前，各厂商的零用户端硬件，大都是基于以太网的传输。现在，则要提出一种基于NS1021驱动的USB传输方式的系统设计。

USB接口由于USB信号不能长距离传输，因此需要再增加USB信号驱动器。这里选择的是Norelsys公司的NS1021。系统拓扑图如「图4」所示。(注：如果「图2」中用的是千兆网交换机，一台交换机连接8个用户端。USB 2.0的带宽是千兆网的一半，为方便对比，假设两个系统有相同的传输带宽，因此一路USB 2.0传输通道连接4个用户端。实际使用中，将依照带宽的需求设计系统。)

NS1021是一种基于USB 2.0的信号增强芯片。能够通过普通USB线、同轴线、电话线、双绞线等传输介质，实现至少50m的USB 2.0信号传输。NS1021使用5V供电，内置一路5V~3.3V的LDO，一路3.3V~1.2V的DCDC，可以充分节省布板空间，方便用户设计。此外，NS1021可以承受8KV的静电，并且支持USB热插拔。NS1021位于服务器端时，可参考如下方案进行设计，可将该部分设计成基于PCIE的USB扩展卡，直接插在服务器主板上。

同样用户端向服务器发送资料，也需要信号增强，但一个USB 2.0通道的带宽足够多个用户端同时使用，因此用户端的NS1021可以与USB集线器配合使用，实现服务器USB接口「一对多」。下面以常用的USB集线器芯片FE1.1S为例简要说明。FE1.1S可以将USB接口一分为四，不仅能有效利用USB的带宽，而且节省设计成本，如「图6」所示。

用户端由USB集线器和「主机」(「图6」的Device)两部分组成。Device内部，从服务器下传的视频，可以通过Displaylink技术，在终端Device的显示器上显示。简单说来，就是通过一个专用asic，实现从USB传来的视讯转换成VGA格式输出(有的ASIC还可以输出音讯)。这样一来，就可以非常简单地连接计算机和多个显示装置。Device内部的模块构成可参考「图7」。

通过「图7」，可以更明显地看出，以往基于X86架构芯片组和复杂操作系统的软硬件设备，将被大大简化。X86架构下的CPU，集成了运算器控制器等很多复杂的功能，而「图7」所示的主控芯片，只用于简单的控制，对性能的要求很低。至于硬盘存储器等部件则完全省略。Flash里面存放一些Firmware，用于系统组态，通过远程服务器可以很方便地进行升级。主控芯片到外围的传输全部基于USB，开发工作非常容易实现。

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三、与其它零用户端硬件方案的比较

前面提到过，已经有多个PC厂商推出零用户端产品，但是其传输方式都是基于以太网的。对于小型系统，用户端数量有限。基于USB的方案，可能就不需要加USB扩展卡，直接从主板上引出USB接口，加一个基于NS1021的USB信号增强模块就能实现。

总的来说，基于以太网的零用户端系统设计中，以太网和USB接口并存；而基于NS1021的方案，省去了和以太网相关的全部硬件，生产商的BOM种类大幅减少、出现问题的风险降低，硬件设计更简单，开发调试也方便很多。

系统中，除了和显示器连接的VGA接口以及音频输入输出，其它的全是USB接口；软件设计上，也会带来有极大的方便。而硬件选型方面，主控芯片不需要支持以太网，自由度更高，成本更低廉。集成商也不需要支付较高的网线费用，只需要选用普通的USB线或者电话线。至于50m传输距离的限制，在大多数情况下，不会成为方案瓶颈，能够满足绝大多数办公场合的应用需求。

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四、其它

NS1021是Norelsys公司自主研发的USB 2.0信号增强芯片，已经在USB延长线等产品中得到了广泛应用，性能稳定，性价比高，在同类芯片中处于领先水平，市场反应良好。

Norelsys拥有一支经验丰富的设计团队，为方便用户的设计和尽快推出产品，Norelsys可以针对开发者个性化的设计需求，给出最佳设计方案，并能在第一时间解答开发者使用其IC过程中的疑问。快速高效地帮助开发者推出最有竞争力的产品，是Norelsys技术支持团队永远不变的宗旨。 (本文由瑞发科半导体提供，记者张琳一整理)


DIGITIMES中文网 原文网址: 基于NS1021的零用户端Zero Client方案 http://gb-www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?CnlID=13&id=0000373391_EQI4T5V78KLNO12N9S2YI&ct=1#ixzz2xbLRmPHV