Kujundage oma Raspberry Pi arvutusmooduli trükkplaat: 5 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:48

Kui te pole varem Raspberry Pi arvutusmoodulist kuulnud, on see põhimõtteliselt täisväärtuslik Linuxi arvuti, mille vorming on sülearvuti RAM -mälupulk!

Tänu sellele on võimalik kujundada oma kohandatud tahvleid, kus Raspberry Pi on lihtsalt teine komponent. See annab teile tohutult paindlikkust, kuna võimaldab juurdepääsu palju suuremale hulgale IO -tihvtidele, samal ajal saate valida täpselt, millist riistvara soovite oma plaadile. Sisseehitatud eMMC välistab vajaduse ka välise mikro-SD-kaardi järele, mis muudab arvutusmooduli ideaalseks Raspberry Pi-põhiste toodete kujundamiseks.

Kahjuks näib, et arvutusmoodul võimaldab teil seda kõike teha, kuid traditsiooniliste Raspberry Pi mudelitega A ja B võrreldes on selle populaarsus endiselt puudulik. Seetõttu ei ole seal palju avatud lähtekoodiga riistvaraprojekte, mis põhinevad seda. Ja kõigile, kes soovivad alustada oma tahvlite kujundamisega, on nende ressursside hulk üsna piiratud.

Kui ma paar kuud tagasi esimest korda Raspberry Pi arvutusmooduliga alustasin, olin just selle probleemiga silmitsi. Niisiis, otsustasin sellega midagi ette võtta. Otsustasin kujundada arvutusmoodulil põhineva avatud lähtekoodiga trükkplaadi, millel on kõik põhifunktsioonid, mis muudavad Raspberry Pi suurepäraseks. See sisaldab kaamera pistikut, USB -hosti, heliväljundit, HDMI -d ja loomulikult GPIO -päist, mis ühildub tavaliste Raspberry Pi -plaatidega.

Selle projekti eesmärk on pakkuda arvutusmoodulil põhinevale tahvlile avatud lähtekoodiga disain, mida igaüks saab kasutada oma kohandatud tahvli kujundamisel lähtepunktina. Tahvel kujundati KiCADile, avatud lähtekoodiga ja platvormidevahelisele EDA tarkvarapaketile, et võimalikult paljud inimesed saaksid seda kasutada.

Lihtsalt haarake disainifailid, kohandage need oma vajadustele ja keerutage oma projekti jaoks kohandatud tahvlit.

Samm: osad ja tööriistad

Raspberry Pi arvutusmooduliga alustamiseks vajate järgmisi osi:

1 x Raspberry Pi arvutusmoodul 3 - soovitan tungivalt hankida tavaversioon, mis sisaldab rongisisest eMMC -d, mitte Lite -versiooni. Kui soovite oma projektis kasutada Lite -versiooni, peate kujunduses tegema mõned muudatused, sealhulgas micro SD -kaardi pistiku lisamise. Lõpuks olen plaati testinud ainult CM3 -ga ja ma ei saa garanteerida, et see töötab esimese CM -versiooniga, mis ilmus 2014. aastal.

Värskendus 29.01.2019: Tundub, et sihtasutus on just välja andnud arvutusmooduli 3+ ja mitte ainult selle, vaid nüüd on sellel ka võimalus 8GB, 16GB või 32GB eMMC jaoks! Andmelehe kohaselt näib, et CM3+ on elektriliselt identne CM3 -ga, mis tähendab, et see on põhimõtteliselt CM3 asendamise langus.

1 x arvutusmooduli IO -plaat - minu disain oli mõeldud lähtepunktiks selle põhjal oma kohandatud tahvli kujundamisel, mitte aga arvutusmooduli IO -plaadi asendamiseks. Niisiis, teie elu lihtsustamiseks soovitan tungivalt viia käed IO -plaadi juurde ja kasutada seda arendamiseks enne kohandatud tahvlile üleminekut. Lisaks sellele, et saate juurdepääsu igale CM-i tihvtile ja mitmesugustele pistikutele, on IO-plaati vaja ka rongisisese eMMC vilkumiseks. Mida te ei saa minu plaadiga teha, kui te ei tee esmalt kujunduses muudatusi.

1 x Raspberry Pi Zero kaamerakaabel või arvutusmooduli kaameraadapter - oma kujunduses kasutan väga sarnast kaamera pistikut, mida kasutab Compute Module IO Board ja Raspberry Pi Zero. Niisiis, kaamera kinnitamiseks vajate kas Pi Zero jaoks mõeldud adapterikaablit või kaamera adapterplaati, mis on kaasas arvutusmooduli arenduskomplektiga. Minu teada on adapterplaadi eraldi ostmine üsna kallis. Niisiis, kui mulle meeldib, otsustasite raha säästmiseks oma CM- ja IO -plaadi eraldi osta, soovitan teil hankida selle asemel Pi Zero jaoks mõeldud kaameraadapteri kaabel.

1 x Raspberry Pi kaameramoodul - olen plaati testinud ainult originaalse 5MP kaameramooduliga, mitte uuema 8MP versiooniga. Kuid kuna esimene näib töötavat hästi, ei näe ma põhjust, miks viimane ei töötaks, kuna see peaks olema tagasiühilduv. Mõlemal juhul võib 5MP versiooni tänapäeval eBays leida vähem kui 5 euro eest, mistõttu soovitaksin selle hankida.

4 x naissoost naissoost juhtmed - IO -plaadil oleva kaamera pistiku konfigureerimiseks vajate vähemalt 4, kuid tõenäoliselt soovite rohkem. Neid pole kohandatud tahvli jaoks vaja, kuid need võivad olla kasulikud, kui kavatsete GPIO päise kaudu kinnitada välise riistvara.

1 x HDMI -kaabel - otsustasin oma pardal kasutada täissuuruses HDMI -pistikut, et välistada vajadus adapterite järele. Muidugi, kui eelistate kasutada mini- või isegi mikro -HDMI -pistikut, kohandage disaini vastavalt oma vajadustele.

1 x 5 V mikro -USB toiteallikas - teie telefonilaadija peaks enamikul juhtudel tõenäoliselt hästi toimima, kui see suudab pakkuda vähemalt 1A. Pidage meeles, et see on vaid üldine väärtus, teie tegelikud energiavajadused sõltuvad riistvarast, mille otsustate oma kohandatud tahvlile lisada.

1 x USB Etherneti adapter - kui kavatsete installida või värskendada peaaegu kõiki oma süsteemi pakette, vajate vähemalt ajutist Interneti -ühendust. 2-ühes Etherneti adapter ja USB-jaotur on tõenäoliselt hea kombinatsioon, kuna teil on saadaval ainult üks USB-port. Isiklikult kasutan Edimax EU-4208, mis töötab koos karbiga ja ei vaja välist toiteallikat, kuid sellel pole sisseehitatud USB-jaoturit. Kui kavatsete siit osta USB-Etherneti adapteri, saate seda teha leidke nimekiri neist, mida on Raspberry Pi abil testitud.

Kui soovite oma kohandatud tahvlile lisada rohkem USB -porte ja isegi Etherent, soovitan teil vaadata Microchipi LAN9512 -d. See on sama kiip, mida kasutas algne Raspberry Pi mudel B ja annab teile 2 USB -porti ja 1 Etherneti porti. Teise võimalusena, kui vajate 4 USB -porti, kaaluge selle nõbu LAN9514.

1 x DDR2 SODIMM RAM -pistik - see on ilmselt kogu plaadi kõige olulisem komponent ja tõenäoliselt ainus, mida ei saa kergesti asendada. Et teid probleemidest päästa, peaksite hankima osa TE CONNECTIVITY 1473005-4. See on saadaval enamikust suurematest tarnijatest, sealhulgas TME, Mouser ja Digikey, seega ei tohiks teil selle leidmisega probleeme olla. Olge siiski väga ettevaatlik, kontrollige uuesti ja veenduge, et tellitav osa on tegelikult 1473005-4. Ärge tehke sama viga, mida tegin, ja hankige peegelversioon, need pistikud pole odavad.

Ülejäänud osade puhul, mille otsustan tahvlile lisada, saate vaadata lisateavet, et saada lisateavet, proovisin lisada enamiku nende jaoks andmelehtede linke.

Jootmisseadmed - tahvli väikseimad komponendid on 0402 lahtivõetavad kondensaatorid, kuid nii HDMI kui ka kaamera ja SODIMM -pistikud võivad ilma igasuguse suurenduseta olla ka pisut keerulised. Kui teil on hea kogemus SMD jootmisega, ei tohiks see olla suur probleem. Mõlemal juhul, kui teil juhtub olema juurdepääs mikroskoobile, soovitan seda tungivalt.

2. samm: EMMC vilkumine

Esimene asi, mida peate enne arvutusmooduli kasutamist alustama, vilgutab eMMC -s uusimat Raspbian Lite'i pilti. Ametlik Raspberry Pi dokumentatsioon on väga hästi kirjutatud ja kirjeldab kogu protsessi väga üksikasjalikult nii Linuxi kui ka Windowsi jaoks. Sel põhjusel kirjeldan ainult samme, mida peate Linuxis väga lühidalt tegema, nii et need võivad olla kiireks viiteks.

Kõigepealt peate veenduma, et teie IO -plaat on programmeerimisrežiimi seadistatud ja arvutusmoodul on sisestatud SODIMM -pistikusse. Tahvli programmeerimisrežiimi seadmiseks liigutage J4 hüppaja asendisse EN.

Järgmisena peate oma süsteemile ehitama rpibooti tööriista, et saaksite seda kasutada eMMC -le juurdepääsu saamiseks. Selleks vajate usbbooti hoidla koopiat, mille saate hõlpsasti git -i abil järgmiselt.

git kloon -sügavus = 1 https://github.com/raspberrypi/usbboot && cd usbboot

Nüüd peate rpibooti ehitamiseks veenduma, et nii libusb-1.0-0-dev kui ka make-paketid on teie süsteemi installitud. Seega, eeldades, et kasutate Debianil põhinevat distributsiooni, näiteks Ubuntu, sudo apt update && sudo apt install libusb-1.0-0-dev make

Kui te ei kasuta Debianil põhinevat distributsiooni, võib paketi libusb-1.0.0-dev nimi olla erinev, seega leidke kindlasti, kuidas seda teie puhul nimetatakse. Kui ehitussõltuvused on installitud, saate rpibooti binaarfaili lihtsalt käivitada, tegema

Kui ehitatud on täielik, käivitage rpiboot juurjuurina ja see hakkab ühendust ootama, sudo./rpiboot

Nüüd ühendage IO -plaat arvutiga, ühendades mikro -USB -kaabli selle USB SLAVE -porti ja seejärel lülitage POWER IN -port sisse. Mõne sekundi pärast peaks rpiboot olema võimeline tuvastama arvutusmooduli ja võimaldama juurdepääsu eMMC -le. Selle tulemusel ilmub uus blokeerimisseade väljale /dev. Seadme nime leidmiseks saate kasutada programmi fdisk, sudo fdisk -l

Ketas /dev /sdi: 3,7 GiB, 3909091328 baiti, 7634944 sektorit

Ühikud: sektorid 1 * 512 = 512 baiti Sektori suurus (loogiline/füüsiline): 512 baiti/512 baiti I/O suurus (minimaalne/optimaalne): 512 baiti/512 baiti Kettasildi tüüp: dos Ketta identifikaator: 0x8e3a9721

Seadme alglaadimine Algus Sektorid Suuruse ID tüüp

/dev/sdi1 8192 137215 129024 63M c W95 FAT32 (LBA)/dev/sdi2 137216 7634943 7497728 3.6G 83 Linux

Minu puhul oli see /dev /sdi, kuna minu süsteemile on juba palju draive ühendatud, kuid teie oma varieerub kindlasti.

Kui olete täiesti kindel, et olete leidnud õige seadme nime, saate Raspbian Lite'i pildi eMMC -sse põletamiseks kasutada dd -d. Enne selle tegemist veenduge siiski, et teie süsteemis pole ühtegi eMMC partitsiooni.

df -h

Kui leiate need lahti, siis

sudo umount /dev /sdXY

Olge nüüd äärmiselt ettevaatlik, vale seadme nime kasutamine koos dd -ga võib teie süsteemi hävitada ja põhjustada andmete kadu. Ärge jätkake järgmise sammuga, kui te pole täiesti kindel, et teate, mida teete. Kui vajate lisateavet, vaadake sellekohaseid dokumente.

sudo dd if = -raspbian-stretch-lite.img =/dev/sdX bs = 4M && sync

Kui käsud dd ja sünkroonimine on lõppenud, peaksite saama IO -plaadi arvutist lahti ühendada. Lõpuks ärge unustage liigutada J4 hüppaja tagasi asendisse DIS ja teie arvutusmoodul peaks olema valmis esmakordseks käivitamiseks.

Samm: esimene käivitamine

Enne esmakordset käivitamist ühendage kindlasti IO -plaadiga USB -klaviatuur ja HDMI -monitor. Kui kõik läheb ootuspäraselt ja teie Pi käivitub, võimaldab nende lisamine teil sellega suhelda.

Kui teil palutakse sisse logida, kasutage kasutajanime jaoks pi ja ja parooli jaoks vaarikat, kuna need on vaikimisi sisselogimismandaadid. Nüüd saate käivitada mõned käsud, et veenduda, kas kõik töötab ootuspäraselt nagu tavaliselt Raspberry Pi puhul, kuid ärge proovige veel midagi installida, kuna teil pole endiselt Interneti -ühendust.

Oluline asi, mida peate enne Pi väljalülitamist tegema, on SSH lubamine, nii et saate pärast järgmist alglaadimist sellega arvutist ühenduse luua. Seda saate teha väga lihtsalt, kasutades käsku raspi-config, sudo raspi-config

SSH lubamiseks avage liidese valikud, valige SSH, valige YES, OK ja Finish. Kui teilt küsitakse, kas soovite tagasilükkamist tagasi lükata. Pärast Pi väljalülitamist ja pärast selle lõpetamist eemaldage toide.

sudo shutdown -h nüüd

Järgmisena peate looma Interneti -ühenduse USB -Etherneti adapteri abil, mis teil juba peaks olema. Kui teie adapteril on ka USB -jaotur, saate seda soovi korral klaviatuuri ühendamiseks kasutada, vastasel juhul saate oma Pi -ga lihtsalt SSH -ühenduse luua. Mõlemal juhul hoidke HDMI -monitor vähemalt praegu ühendatud, veendumaks, et alglaadimisprotsess lõpeb ootuspäraselt.

Lõpuks peaks see näitama ka IP -aadressi, mille teie Pi sai DHCP -serverist. Proovige seda kasutada oma Pi -ga ühenduse loomiseks SSH kaudu.

ssh pi@

Pärast seda, kui olete oma Pi -ga SSH kaudu edukalt ühenduse loonud, ei vaja te enam kuvarit ja klaviatuuri, nii et soovite need vooluvõrgust lahti ühendada, kui soovite. Siinkohal peaks teil olema juurdepääs Internetile ka oma Pi -st. Selle kinnitamiseks võite proovida pingutada midagi sellist nagu google.com. Kui olete veendunud, et teil on juurdepääs Internetile, on hea mõte süsteemi värskendada, käivitades

sudo apt update && sudo apt upgrade

4. samm: kaamera konfigureerimine

Suurim erinevus tavalise Raspberry Pi plaadi ja arvutusmooduli vahel on see, et hilisema puhul, peale kaamera lubamise raspi-config abil, on vaja ka kohandatud seadmepuu faili.

Lisateavet kaameraga kasutatava arvutusmooduli konfiguratsiooni kohta leiate dokumentatsioonist. Kuid üldiselt on kaamerapistikul teiste hulgas ka 4 juhtnuppu, mis tuleb arvutusmoodulil ühendada 4 GPIO -nööbiga ja teie otsustada, milliseid neist kohandatud tahvli kujundamisel.

Minu puhul valin plaadi kujundamisel CD1_SDA, et minna GPIO28 -le, CD1_SCL -le GPIO29, CAM1_IO1 GPIO30 -le ja CAM1_IO0 GPIO31 -le. Ma valisin need konkreetsed GPIO tihvtid, kuna soovisin, et mu plaadil oleks 40 -kontaktiline GPIO -päis, mis säilitab ka ühilduvuse tavaliste Raspberry Pi -plaatide GPIO -pistikuga. Ja sel põhjusel pidin veenduma, et kaamera jaoks kasutatavad GPIO -tihvtid ei kuvata ka GPIO päises.

Niisiis, kui te ei otsusta kaamera pistiku juhtmestikus muudatusi teha, vajate /boot/dt-blob.bin, mis käsib teie Pi seadistada GPIO28-31, nagu eespool kirjeldatud. Ja dt-blob.bin, mis on binaarfail, genereerimiseks on vaja kompileerimiseks dt-blob.dts. Asjade lihtsustamiseks pakun teile kasutamiseks oma dt-blob.dts, mida saate vajadusel oma vajadustega kohandada.

Seadmepuu faili kompileerimiseks kasutage seadmepuu kompilaatorit järgmiselt.

dtc -I dts -O dtb -o dt -blob.bin dt -blob.dts

Ma pole kindel, miks, kuid ülaltoodu peaks andma üsna palju hoiatusi, kuid seni, kuni dt-blob.bin on edukalt loodud, peaks kõik olema korras. Nüüd teisaldage äsja loodud dt-blob.bin kataloogi /boot, käivitades

sudo mv dt-blob.bin /boot /dt-blob.bin

Ülaltoodu annab teile tõenäoliselt järgmise hoiatuse:

mv: ei õnnestunud faili „/boot/dt-blob.bin” omandiõigust säilitada: toiming pole lubatud

See on lihtsalt mv, kes kurdab, et see ei suuda faili omandiõigust säilitada, kuna /boot on FAT -partitsioon, mida võib oodata. Võib-olla olete märganud, et /boot/dt-blob.bin pole vaikimisi olemas, sest Pi kasutab selle asemel sisseehitatud seadmepuud. Oma sisemuse /alglaadimise lisamine alistab siiski sisseehitatud ja võimaldab konfigureerida selle tihvti funktsiooni soovitud viisil. Seadmepuu kohta leiate lisateavet dokumentatsioonist.

Pärast seda peate kaamera lubama, sudo raspi-config

Avage liidese valikud, valige Kaamera, valige JAH, OK ja Lõpeta. Kui teilt küsitakse, kas soovite tagasilükkamist taaskäivitada. Nüüd lülitage oma Pi välja ja eemaldage toide.

Kui vool on IO -plaadilt eemaldatud, ühendage 4 naissoost naissoost hüppajajuhtme abil GPIO28 tihvtid CD1_SDA, GPIO29 CD1_SCL, GPIO30 CAM1_IO1 ja GPIO31 CAM1_IO0 külge. Lõpuks kinnitage oma kaameramoodul CAM1 pistiku külge, kasutades kaamera adapteriplaati või Raspberry Pi Zero jaoks mõeldud kaamerakaablit ja lülitage toide sisse.

Kui pärast Pi -saapaid toimis kõik ootuspäraselt, peaksite saama kaamerat kasutada. Kui proovite pärast Pi -ga ühenduse loomist SSH -jooksu abil pilti teha, raspistill -o test.jpg

Kui käsk lõpeb vigadeta ja test-j.webp

sftp pi@

sftp> hangi test.jpg sftp> välju

Samm: liikumine IO -plaadilt kohandatud PCB -le

Nüüd, kui olete kogu põhikonfiguratsiooni lõpetanud, võite liikuda arvutusmoodulil põhineva kohandatud tahvli kujundamise juurde. Kuna see saab olema teie esimene projekt, soovitan teil tungivalt minu disaini haarata ja laiendada seda, et see hõlmaks teile sobivat täiendavat riistvara.

Tahvli tagaküljel on palju ruumi oma komponentide lisamiseks ja suhteliselt väikeste projektide puhul ei pea te tõenäoliselt isegi plaadi mõõtmeid suurendama. Samuti, kui see on iseseisev projekt ja te ei vaja oma plaadil füüsilist GPIO -päist, saate sellest hõlpsalt lahti saada ja säästa ruumi PCB ülemisel küljel. GPIO päis on ka ainus komponent, mis suunatakse läbi teise sisemise kihi ja selle eemaldamine vabastab selle täielikult.

Pean märkima, et olen ise ühe plaadi edukalt kokku pannud ja katsetanud ning olen veendunud, et kõik, kaasa arvatud kaamera ja HDMI -väljund, tundub ootuspäraselt töötavat. Niisiis, kui te ei tee suuri muudatusi selles, kuidas ma kõike suunasin, ei tohiks teil probleeme olla.

Kui peate siiski tegema mõningaid suuri paigutuse muudatusi, pidage meeles, et enamik HDMI ja kaamera pistikutega seotud jälgi suunatakse 100 oomi diferentsiaalpaaridena. See tähendab, et peate sellega arvestama juhuks, kui peate neid tahvli ümber liigutama. See tähendab ka seda, et isegi kui kukutate GPIO päise oma disainist välja, mis tähendab, et nüüd ei sisemised kihid jälgi, on teil siiski vaja neljakihilist trükkplaati, et saavutada diferentsiaaltakistus 100 oomi lähedal. Kui te ei kavatse siiski HDMI -väljundit ja kaamerat kasutada, peaksite saama kahekihilise plaadi kasutada, vabanedes neist ja vähendades veidi plaatide maksumust.

Lihtsalt viitamiseks telliti lauad ALLPCB -lt kogupaksusega 1,6 mm ja ma ei küsinud impedantsi juhtimist, kuna see tõstaks tõenäoliselt kulusid üsna palju ja tahtsin ka näha, kas see on oluline. Valisin ka keelekümblusviimistluse, et hõlbustada pistikute käsitsi jootmist, kuna see tagab, et kõik padjad on kenad ja tasased.