基于usb接口的公共機(jī)房無(wú)人化管理

基于usb接口的公共機(jī)房無(wú)人化管理

0usb接口機(jī)房無(wú)人化管理目前，計(jì)算機(jī)房無(wú)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(jī)房管理人員需要為每臺(tái)計(jì)算機(jī)裝置一臺(tái)IC卡讀寫裝置,用于計(jì)費(fèi)及控制:插卡可開(kāi)機(jī)計(jì)費(fèi),拔卡或卡內(nèi)余額為零時(shí)關(guān)閉計(jì)算機(jī),客戶機(jī)端為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng),不需要和管理機(jī)通信,可以最大限度的保證安全性,也可真正做到無(wú)人化管理。但要為每臺(tái)計(jì)算機(jī)添加一塊控制卡和IC卡機(jī),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(jī)房無(wú)人化管理新方法。與IC卡相比,使用USB接口的上機(jī)卡的最大優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)須為計(jì)算機(jī)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(jī)卡的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方法。1系統(tǒng)動(dòng)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(jì)查詢模塊由一臺(tái)管理機(jī)負(fù)責(zé)。管理員主要負(fù)責(zé)辦卡和充值。管理機(jī)無(wú)須和用戶機(jī)相連接,即管理員不用去管學(xué)生何時(shí)上下機(jī),因?yàn)橛涗浬舷聶C(jī)時(shí)間和計(jì)費(fèi)處理全部由上機(jī)卡自動(dòng)完成。管理員也不用擔(dān)心學(xué)生逃費(fèi)問(wèn)題,因?yàn)橹挥挟?dāng)學(xué)生將上機(jī)卡插入U(xiǎn)SB口且卡內(nèi)余額大于下限值時(shí),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(jī)端只要安裝一個(gè)小的監(jiān)控程序即可,該監(jiān)控程序主要用于檢測(cè)上機(jī)卡與計(jì)算機(jī)的連接情況、卡內(nèi)余額是否大于下限值,對(duì)鍵盤和鼠標(biāo)進(jìn)行加鎖或解鎖等。當(dāng)學(xué)生開(kāi)始上機(jī)后,上機(jī)卡記錄開(kāi)始上機(jī)的時(shí)間和機(jī)器號(hào),之后則每6min刷新一次卡內(nèi)余額和下機(jī)時(shí)間。如果卡內(nèi)余額低于下限值或拔卡,則PC機(jī)重新將鍵盤和鼠標(biāo)鎖住,使計(jì)算機(jī)處于不可用狀態(tài)。學(xué)生上機(jī)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(hào),學(xué)號(hào),姓名,性別,班級(jí),院系,注冊(cè)日期,失效日期,備注)用戶上機(jī)記錄表(卡號(hào),機(jī)器號(hào),上機(jī)日期,上機(jī)時(shí)間,下機(jī)時(shí)間,余額)充值記錄表(充值流水號(hào),卡號(hào),充值日期,充值時(shí)間,充入金額,操作員編號(hào))機(jī)房使用情況表(記錄編號(hào),卡號(hào),機(jī)器號(hào),上機(jī)日期,上機(jī)時(shí)間,下機(jī)時(shí)間)操作員表(操作員編號(hào),姓名,密碼,權(quán)限)其中,存放在管理機(jī)中的數(shù)據(jù)表有賬戶表、充值記錄表、機(jī)房使用情況表和操作員表,存放在上機(jī)卡中的數(shù)據(jù)表是用戶上機(jī)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(jì)劃所開(kāi)設(shè)的課程預(yù)存的免費(fèi)機(jī)時(shí)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(gòu)買的金額(即自費(fèi)數(shù))。3系統(tǒng)執(zhí)行方法3.1cd2/cat2上機(jī)卡使用USB接口和PC機(jī)相連,卡內(nèi)有一個(gè)8位的處理機(jī)P89C52及一個(gè)E2PROM(CAT24WC64)。P89C52是上機(jī)卡的核心芯片,用于各種信息的處理。P89C52是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的80C52型單片機(jī),包含了片內(nèi)256個(gè)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(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,可以大大簡(jiǎn)化整個(gè)電路設(shè)計(jì),節(jié)約功耗。CAT24WC64是一個(gè)64K位的E2PROM,主要用于存儲(chǔ)卡號(hào)、密碼及上機(jī)記錄。單片機(jī)從CAT24WC64中讀出數(shù)據(jù),將處理過(guò)的信息存回CAT24WC64中。上機(jī)卡采用菲利普公司生產(chǎn)的PDIUSBD12(簡(jiǎn)稱D12)作為USB接口,符合USB1.1的規(guī)范。D12通過(guò)8根數(shù)據(jù)線和單片機(jī)相連,用于和單片機(jī)交換數(shù)據(jù)。3.2功能模塊實(shí)現(xiàn)上機(jī)卡的固件程序主要分3個(gè)模塊:USB基本功能實(shí)現(xiàn)模塊,E2PROM的訪問(wèn)模塊,卡的計(jì)費(fèi)管理模塊。其中前兩個(gè)模塊是獨(dú)立的,而第3個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)依賴于前兩個(gè)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(jī)配合完成枚舉功能,和主機(jī)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(duì)2prm的訪問(wèn)在本系統(tǒng)中,采用軟件的方法來(lái)生成I2C的時(shí)序,從而達(dá)到控制E2PROM的目的。對(duì)E2PROM的訪問(wèn)主要用以下5個(gè)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn):(1)啟動(dòng)總線函數(shù),啟動(dòng)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(lái)接收從器件傳來(lái)的數(shù)據(jù),并判斷總線錯(cuò)誤(不發(fā)應(yīng)答信號(hào))。(5)應(yīng)答子函數(shù),用來(lái)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(dòng)計(jì)費(fèi)管理模塊是整個(gè)固件程序的主要部分,其功能主要?jiǎng)澐譃槿缦?個(gè)部分。(1)上機(jī)卡的卡號(hào)設(shè)置:卡號(hào)由6個(gè)字節(jié)組成,由主機(jī)產(chǎn)生后傳送到上機(jī)卡,經(jīng)有效性驗(yàn)證后寫入E2PROM的卡號(hào)信息區(qū)。(2)上機(jī)卡的卡號(hào)獲取:當(dāng)主機(jī)向上機(jī)卡發(fā)送一個(gè)獲取卡號(hào)請(qǐng)求事件數(shù)據(jù)包后,固件程序從卡號(hào)信息區(qū)讀出卡號(hào),放入一個(gè)6字節(jié)的數(shù)組中。然后通過(guò)USB接口,向PC機(jī)發(fā)送一個(gè)應(yīng)答數(shù)據(jù)包,其內(nèi)容就是這6個(gè)字節(jié)的卡號(hào)。(3)計(jì)時(shí)服務(wù)啟動(dòng):當(dāng)上機(jī)卡得到一個(gè)請(qǐng)求計(jì)時(shí)服務(wù)事件的數(shù)據(jù)包后,就從E2PROM中獲取剩余金額和費(fèi)率,并啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)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(shí)器的作用是,每隔6min就從剩余金額中減去費(fèi)率值。(4)停止計(jì)時(shí)服務(wù):上機(jī)卡得到一個(gè)主機(jī)發(fā)來(lái)的停止計(jì)時(shí)服務(wù)的要求,就將已經(jīng)啟動(dòng)的定時(shí)器停止,然后向主機(jī)發(fā)送應(yīng)答。(5)充值服務(wù):當(dāng)上機(jī)卡從主機(jī)得到一個(gè)充值事件的數(shù)據(jù)包時(shí),就啟動(dòng)一個(gè)充值服務(wù)過(guò)程。上機(jī)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(gè)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度必須是3個(gè)字節(jié),且第2個(gè)字節(jié)是卡號(hào)的第2個(gè)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(jī)返回一個(gè)應(yīng)答。3.3主機(jī)側(cè)面的軟件設(shè)計(jì)主機(jī)側(cè)的軟件設(shè)計(jì)共分3部分:上機(jī)卡的驅(qū)動(dòng)程序,上機(jī)卡的管理程序,上機(jī)卡使用的計(jì)費(fèi)程序。3.3.1de既耦合又修改的動(dòng)程序上機(jī)卡是一個(gè)USB設(shè)備,所以它必須具有自己特定的驅(qū)動(dòng)程序。上機(jī)卡驅(qū)動(dòng)程序主要有兩個(gè)功能:一是設(shè)備的初始枚舉功能,二是對(duì)各IOCTL請(qǐng)求碼進(jìn)行處理。在本系統(tǒng)中,用戶程序?qū)τ隍?qū)動(dòng)程序的所有請(qǐng)求,都是通過(guò)調(diào)用DeviceIoControl函數(shù)來(lái)完成的。DeviceIoControl函數(shù)中,最重要的參數(shù)就是IOCTL請(qǐng)求碼。該驅(qū)動(dòng)程序構(gòu)造了九項(xiàng)IOCTL請(qǐng)求碼,分別是獲取上機(jī)卡號(hào)功能、設(shè)置上機(jī)卡號(hào)功能、初始化上機(jī)卡功能,設(shè)置服務(wù)費(fèi)率功能、獲得服務(wù)費(fèi)率功能、讀出當(dāng)前卡中余額、對(duì)卡進(jìn)行充值、啟動(dòng)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(dòng)程序的輸入輸出參數(shù)設(shè)置好。這樣,驅(qū)動(dòng)程序就可以根據(jù)IOCTL請(qǐng)求碼和參數(shù),調(diào)用USB總線驅(qū)動(dòng)程序,來(lái)完成特定的功能。3.3.2限制會(huì)卡、充值,將“高水平用戶”添加相應(yīng)的服務(wù)平臺(tái),將公車卡進(jìn)行發(fā)送,并向策略方向經(jīng)營(yíng)上機(jī)卡的管理程序是上機(jī)卡管理人員在管理機(jī)上運(yùn)行的一個(gè)程序,普通用戶是不能運(yùn)行的。管理程序使用VC編寫,主要功能如下:第1部分是上機(jī)卡的卡號(hào)設(shè)置:卡號(hào)由6個(gè)字節(jié)組成,其中第1、2兩個(gè)字節(jié)組成的是卡的順序號(hào),后面4個(gè)字節(jié)是通過(guò)特定算法得到的檢驗(yàn)號(hào)。如果檢驗(yàn)號(hào)有錯(cuò)誤,上機(jī)卡將拒絕對(duì)本卡卡號(hào)進(jìn)行設(shè)置。第2部分是上機(jī)卡的費(fèi)率設(shè)置:為了防止一些“高水平用戶”自行更改費(fèi)率,管理程序不是單純的將新的費(fèi)率發(fā)給上機(jī)卡,發(fā)送的數(shù)據(jù)是兩個(gè)字節(jié),第1個(gè)字節(jié)表示費(fèi)率設(shè)置服務(wù)號(hào),第2個(gè)字節(jié)表示該項(xiàng)服務(wù)每6min所消費(fèi)幣值,單位是角。如果費(fèi)率設(shè)置服務(wù)號(hào)不正確,上機(jī)卡就拒絕對(duì)費(fèi)率進(jìn)行設(shè)置。第3部分是上機(jī)卡費(fèi)率查詢:管理程序使用特定的IOCTL請(qǐng)求碼,通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序從上機(jī)卡得到當(dāng)前的費(fèi)率值,然后再顯示給用戶。第4部分是上機(jī)卡的余額查詢:管理程序使用特定的IOCTL請(qǐng)求碼,經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)程序,從上機(jī)卡得到當(dāng)前的余額,然后再顯示給用戶。第5部分是上機(jī)卡的充值:管理程序通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序向上機(jī)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(jī)卡充值,和充值過(guò)程中發(fā)生意外,設(shè)備管理程序分兩步給上機(jī)卡充值。首先給上機(jī)卡發(fā)送新充的金額,以角為單位。和金額同時(shí)發(fā)送的還有一個(gè)驗(yàn)證碼,這個(gè)驗(yàn)證碼不是固定的,而是根據(jù)不同條件生成的,如果驗(yàn)證碼不正確,上機(jī)卡將拒絕充值。然后等待上機(jī)卡充值成功的回答,再向上機(jī)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(jī)卡上的余額是不能改變的。3.3.3機(jī)體卡拔制器上機(jī)卡使用的計(jì)費(fèi)程序運(yùn)行在用戶要使用的機(jī)器上,計(jì)費(fèi)程序主要分如下3個(gè)模塊:第1部分是上機(jī)卡插入處理功能。該功能是在用戶將上機(jī)卡插入PC機(jī)后,計(jì)費(fèi)程序首先向上機(jī)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(gè)規(guī)定值,就將鍵盤、鼠標(biāo)解鎖,并通知上機(jī)卡開(kāi)始計(jì)費(fèi)服務(wù)。第2部分是上機(jī)卡拔出處理功能。上機(jī)卡的拔出分為兩種,一是用戶將上機(jī)卡拔出,二是上機(jī)卡的余額用完,上機(jī)卡內(nèi)的固件程序?qū)⒆詣?dòng)切斷USB的軟連接。這兩者對(duì)PC機(jī)來(lái)說(shuō),效果是一樣的,都認(rèn)為上機(jī)卡拔出。上機(jī)卡拔出后,系統(tǒng)也會(huì)通知用WM＿DEVICECHANGE計(jì)費(fèi)程序的主窗口。計(jì)費(fèi)程序在上機(jī)卡拔出處理過(guò)程中,將鍵盤、鼠標(biāo)加鎖。第3部分是上機(jī)卡費(fèi)用查詢程序。這個(gè)功能是讓普通用戶也可以查看所持上機(jī)卡余額。4穩(wěn)定性和可