Sukurkite savo Raspberry Pi skaičiavimo modulio PCB: 5 žingsniai (su paveikslėliais)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Jei dar niekada negirdėjote apie „Raspberry Pi Compute Module“, tai iš esmės yra visavertis „Linux“kompiuteris, kurio formos faktorius yra nešiojamojo kompiuterio RAM atmintinė!

Tai leidžia sukurti savo pasirinktines plokštes, kuriose „Raspberry Pi“yra tik dar vienas komponentas. Tai suteikia jums labai daug lankstumo, nes leidžia jums pasiekti daug didesnį IO kaiščių kiekį, tuo pačiu metu jūs galite pasirinkti, kokios aparatūros norite savo plokštėje. Integruotas „eMMC“taip pat nereikalauja išorinės „micro SD“kortelės, todėl „Compute Module“puikiai tinka kuriant „Raspberry Pi“produktus.

Deja, nors skaičiavimo modulis leidžia jums visa tai padaryti, atrodo, kad vis dar trūksta populiarumo, palyginti su tradiciniais „Raspberry Pi“A ir B modeliais. Todėl nėra daug atviro kodo aparatūros projektų, pagrįstų tai. Ir tiems, kurie galbūt norėtų pradėti kurti savo lentas, turimų išteklių kiekis yra gana ribotas.

Kai prieš kelis mėnesius pirmą kartą pradėjau dirbti su „Raspberry Pi Compute Module“, būtent su tuo susidūriau. Taigi, nusprendžiau ką nors padaryti. Aš nusprendžiau sukurti atviro kodo PCB, pagrįstą skaičiavimo moduliu, kuriame bus visos pagrindinės funkcijos, dėl kurių „Raspberry Pi“yra puikus. Tai apima fotoaparato jungtį, USB pagrindinį kompiuterį, garso išvestį, HDMI ir, žinoma, GPIO antraštę, suderinamą su įprastomis „Raspberry Pi“plokštėmis.

Šio projekto tikslas yra pateikti atvirojo kodo „Compute Module“plokštės dizainą, kurį kiekvienas galės naudoti kaip atspirties tašką kurdamas savo pasirinktinę plokštę. Lenta buvo sukurta naudojant „KiCAD“, atviro kodo ir kelių platformų EDA programinės įrangos paketą, kad kuo daugiau žmonių galėtų ja pasinaudoti.

Tiesiog paimkite dizaino failus, pritaikykite juos savo poreikiams ir sukurkite savo pasirinktinę lentą savo projektui.

1 žingsnis: dalys ir įrankiai

Norėdami pradėti naudoti Raspberry Pi skaičiavimo modulį, jums reikės šių dalių:

1 x „Raspberry Pi Compute Module 3“- labai rekomenduoju įsigyti įprastą versiją, kuri apima įmontuotą eMMC, o ne „Lite“versiją. Jei savo projekte norite naudoti „Lite“versiją, turėsite atlikti keletą dizaino pakeitimų, įskaitant „micro SD“kortelės jungties pridėjimą. Galiausiai, aš tik išbandžiau plokštę su CM3 ir negaliu garantuoti, kad ji veiks su pirmąja CM versija, kuri buvo išleista dar 2014 m.

Atnaujinimas 29/1/2019: Atrodo, kad fondas ką tik išleido „Compute Module 3+“ir ne tik tai, bet dabar taip pat yra galimybė įsigyti 8 GB, 16 GB arba 32 GB „eMMC“! Remiantis duomenų lapu, atrodo, kad CM3+ yra elektriškai identiškas CM3, o tai reiškia, kad iš esmės tai yra CM3 pakeitimo sumažėjimas.

1 x skaičiavimo modulio IO plokštė - mano dizainas buvo skirtas atspirties taškui kuriant pagal jį savo pasirinktinę plokštę, o ne pakeisti skaičiavimo modulio IO plokštę. Taigi, kad jūsų gyvenimas būtų lengvesnis, labai rekomenduoju prieš pereinant prie pasirinktinės plokštės patraukti rankas prie IO plokštės ir panaudoti ją kūrimui. IO plokštė ne tik suteikia prieigą prie kiekvieno CM kaiščio ir įvairių jungčių, bet ir reikalinga blykstės „eMMC“mirksėjimui. To negalite padaryti su mano lenta, nebent pirmiausia pakeisite dizainą.

1 x „Raspberry Pi Zero“fotoaparato kabelis arba skaičiavimo modulio kameros adapteris - pagal savo dizainą naudoju labai panašią fotoaparato jungtį, kurią naudoja „Compute Module IO Board“ir „Raspberry Pi Zero“. Taigi, norint prijungti fotoaparatą, jums reikės adapterio kabelio, skirto „Pi Zero“, arba fotoaparato adapterio plokštės, kuri yra kartu su „Compute Module Development Kit“. Kiek žinau, pirkti adapterio plokštę atskirai yra gana brangu. Taigi, jei jums patinka aš, norėdamas sutaupyti pinigų, nusprendėte pirkti savo CM ir IO plokštę atskirai, patariu įsigyti fotoaparato adapterio kabelį, skirtą „Pi Zero“.

1 x „Raspberry Pi“fotoaparato modulis - plokštę išbandžiau tik su originaliu 5MP kameros moduliu, o ne naujesne 8MP versija. Bet kadangi atrodo, kad pirmasis veikia puikiai, nematau jokios priežasties, kodėl vėliau jis neveiks, nes jis turėtų būti suderinamas atgal. Bet kokiu atveju, 5MP versiją šiandien galima rasti už mažiau nei 5 € „eBay“, todėl rekomenduočiau ją įsigyti.

4 x jungiamieji laidai nuo moterų iki moterų - jums reikės mažiausiai 4, kad sukonfigūruotumėte fotoaparato jungtį IO plokštėje, tačiau greičiausiai norėsite gauti daugiau. Jie nėra reikalingi pasirinktinei plokštei, tačiau gali būti naudingi, jei planuojate prijungti išorinę įrangą per GPIO antraštę.

1 x HDMI kabelis - nusprendžiau naudoti viso dydžio HDMI jungtį savo plokštėje, kad nereikėtų adapterių. Žinoma, jei norite naudoti mini ar net mikro HDMI jungtį, nedvejodami pritaikykite dizainą pagal savo poreikius.

1 x 5 V „Micro USB“maitinimo šaltinis - jūsų telefono įkroviklis tikriausiai daugeliu atvejų turėtų veikti puikiai, jei gali tiekti bent 1A. Atminkite, kad tai tik bendra vertė, jūsų iš tikrųjų energijos poreikiai priklausys nuo aparatūros, kurią nuspręsite įtraukti į savo pasirinktinę plokštę.

1 x USB eterneto adapteris - jei planuojate įdiegti ar atnaujinti beveik bet kurį savo sistemos paketą, jums reikės bent laikinos interneto prieigos. „2 viename“eterneto adapteris ir USB šakotuvas tikriausiai yra geras derinys, nes turite tik vieną USB prievadą. Asmeniškai aš naudoju „Edimax EU-4208“, kuris veikia kartu su „Pi“ir nereikalauja išorinės energijos, tačiau jame nėra įmontuoto USB šakotuvo. Jei ketinate pirkti USB eterneto adapterį, galite čia suraskite sąrašą su tais, kurie buvo išbandyti naudojant „Raspberry Pi“.

Jei norite prie savo pasirinktinės plokštės pridėti daugiau USB prievadų ir net „Etherent“, siūlau pažvelgti į „Microchip“LAN9512. Tai tas pats lustas, kurį naudoja originalus „Raspberry Pi“modelis B, ir suteiks jums 2 USB prievadus ir 1 „Ethernet“prievadą. Arba, jei jums reikia 4 USB prievadų, apsvarstykite galimybę pažvelgti į jo pusbrolį LAN9514.

1 x DDR2 SODIMM RAM jungtis - tai turbūt svarbiausias visos plokštės komponentas ir greičiausiai vienintelis, kurio negalima lengvai pakeisti. Norėdami išgelbėti jus nuo bėdų, turėtumėte gauti dalį TE CONNECTIVITY 1473005-4. Jį galima įsigyti iš daugelio pagrindinių tiekėjų, įskaitant TME, „Mouser“ir „Digikey“, todėl jums neturėtų kilti problemų jį rasti. Tačiau būkite labai atsargūs, dar kartą patikrinkite ir įsitikinkite, kad užsakoma dalis iš tikrųjų yra 1473005-4. Nedarykite tos pačios klaidos, kurią padariau aš, ir gaukite veidrodinę versiją, šios jungtys nėra pigios.

Likusias dalis, kurias pasirenku įtraukti į lentą, galite pažvelgti į BOM, kad gautumėte daugiau informacijos, bandžiau įtraukti daugumos jų duomenų lapų nuorodas.

Litavimo įranga - mažiausi plokštės komponentai yra atjungimo kondensatoriai 0402, tačiau HDMI, taip pat fotoaparatas ir SODIMM jungtys taip pat gali būti šiek tiek sudėtingi be jokio padidinimo. Jei turite gerą SMD litavimo patirtį, manote, kad tai neturėtų būti didelė problema. Bet kokiu atveju, jei atsitiktinai turite prieigą prie mikroskopo, aš labai rekomenduoju.

2 žingsnis: mirksi EMMC

Pirmas dalykas, kurį turite padaryti prieš pradėdami naudoti skaičiavimo modulį, mirksi naujausiame „Raspbian Lite“vaizde „eMMC“. Oficiali „Raspberry Pi“dokumentacija yra labai gerai parašyta ir labai išsamiai aprašo visą procesą tiek „Linux“, tiek „Windows“. Dėl šios priežasties tik trumpai aprašysiu veiksmus, kurių reikia imtis naudojant „Linux“, kad jie galėtų būti greita nuoroda.

Pirmiausia turite įsitikinti, kad jūsų IO plokštė nustatyta į programavimo režimą, o skaičiavimo modulis yra įdėtas į SODIMM jungtį. Norėdami nustatyti plokštę programavimo režimu, perkelkite jungiklį J4 į EN padėtį.

Tada turėsite sukurti „rpiboot“įrankį savo sistemoje, kad galėtumėte jį naudoti norėdami gauti prieigą prie „eMMC“. Norėdami tai padaryti, jums reikia „usbboot“saugyklos kopijos, kurią galima lengvai gauti naudojant „git“, git clone --depth = 1 https://github.com/raspberrypi/usbboot && cd usbboot

Dabar, norėdami sukurti „rpiboot“, turite įsitikinti, kad jūsų sistemoje yra įdiegti ir „libusb-1.0-0-dev“, ir „make“paketai. Taigi, darant prielaidą, kad naudojate „Debian“pagrįstą platinimą, pvz., „Ubuntu“, sudo apt update && sudo apt install libusb-1.0-0-dev make

Jei nenaudojate „Debian“pagrindu veikiančio platinimo, paketo „libusb-1.0.0-dev“pavadinimas gali būti kitoks, todėl būtinai suraskite, kaip jis vadinamas jūsų atveju. Įdiegę kūrimo priklausomybes, galite sukurti „rpiboot“dvejetainę tiesiog paleisdami, padaryti

Baigus kurti, paleiskite „rpiboot“kaip šaknį ir pradėkite laukti ryšio, sudo./rpiboot

Dabar prijunkite IO plokštę prie kompiuterio, prijungdami mikro USB kabelį prie USB SLAVE prievado, tada įjunkite maitinimą į POWER IN prievadą. Po kelių sekundžių „rpiboot“turėtų aptikti skaičiavimo modulį ir leisti jums pasiekti „eMMC“. Tai turėtų sukelti naują blokinį įrenginį, rodomą skiltyje /dev. Galite naudoti „fdisk“programą, kad surastumėte įrenginio pavadinimą, sudo fdisk -l

Diskas /dev /sdi: 3,7 GiB, 3909091328 baitai, 7634944 sektoriai

Vienetai: sektoriai 1 * 512 = 512 baitų Sektoriaus dydis (loginis/fizinis): 512 baitų/512 baitų įvesties/išvesties dydis (minimalus/optimalus): 512 baitų/512 baitų Disko etiketės tipas: dos Disko identifikatorius: 0x8e3a9721

Įrenginio įkrovos pradžios pabaiga Sektoriai Dydžio ID tipas

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

Mano atveju tai buvo /dev /sdi, nes prie mano sistemos jau prijungta nemažai diskų, bet jūsų tikrai skirsis.

Įsitikinę, kad radote teisingą įrenginio pavadinimą, galite naudoti dd, kad įrašytumėte „Raspbian Lite“vaizdą į „eMMC“. Tačiau prieš tai darydami įsitikinkite, kad jūsų sistemoje nėra įdiegtų eMMC skaidinių.

df -h

Jei pastebėjote, kad juos išmontuojate taip, sudo umount /dev /sdXY

Dabar būkite labai atsargūs, nes netinkamas įrenginio pavadinimas su dd gali sunaikinti jūsų sistemą ir prarasti duomenis. Negalima tęsti kito žingsnio, nebent esate visiškai tikras, kad žinote, ką darote. Jei jums reikia daugiau informacijos, peržiūrėkite dokumentus, susijusius su šia tema.

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

Baigę dd ir sinchronizavimo komandas, turėtumėte turėti galimybę atjungti IO plokštę nuo kompiuterio. Galiausiai nepamirškite perkelti J4 trumpiklio atgal į DIS padėtį ir jūsų skaičiavimo modulis turėtų būti paruoštas pirmajam įkrovimui.

3 žingsnis: pirmasis įkrova

Prieš paleisdami pirmą kartą, būtinai prijunkite USB klaviatūrą ir HDMI monitorių prie IO plokštės. Jei viskas klostysis taip, kaip tikėtasi, ir jūsų „Pi“bus paleistas, prijungę juos, galėsite su juo bendrauti.

Kai būsite paraginti prisijungti, naudokite vartotojo vardą „pi“, o slaptažodį - „avietė“, nes tai yra numatytieji prisijungimo duomenys. Dabar galite paleisti kai kurias komandas, kad įsitikintumėte, jog viskas veikia taip, kaip tikėtasi, kaip paprastai darote bet kuriame „Raspberry Pi“, bet dar nebandykite nieko įdiegti, nes vis dar neturite interneto ryšio.

Svarbus dalykas, kurį turite padaryti prieš išjungdami „Pi“, yra SSH įgalinimas, kad galėtumėte prisijungti prie jo iš kompiuterio po kito įkrovos. Tai galite padaryti labai lengvai naudodami raspi-config komandą, sudo raspi-config

Norėdami įjungti SSH, eikite į sąsajos parinktis, pasirinkite SSH, pasirinkite TAIP, Gerai ir Baigti. Jei jūsų paklaus, ar norite iš naujo paleisti atsisakymą. Baigę išjunkite „Pi“ir kai jis baigs, išjunkite maitinimą.

sudo shutdown -h dabar

Tada turite užmegzti interneto ryšį naudodami jau turimą USB eterneto adapterį. Jei jūsų adapteryje taip pat yra USB šakotuvas, jei norite, galite jį prijungti prie klaviatūros, kitaip galite tiesiog prisijungti prie „Pi“per SSH. Bet kokiu atveju bent kol kas palaikykite prijungtą HDMI monitorių, kad įsitikintumėte, jog įkrovos procesas baigiasi taip, kaip tikėtasi.

Be to, pabaigoje jis taip pat turėtų parodyti IP adresą, kurį jūsų „Pi“gavo iš DHCP serverio. Pabandykite tai naudoti norėdami prisijungti prie „Pi“per SSH.

ssh pi@

Sėkmingai prisijungus prie „Pi“per SSH, jums nebereikia prijungti monitoriaus ir klaviatūros, todėl drąsiai atjunkite juos, jei norite. Šiuo metu jūs taip pat turėtumėte turėti prieigą prie interneto iš savo „Pi“, galite pabandyti pinginti kažką panašaus į google.com, kad tai patvirtintumėte. Įsitikinus, kad turite prieigą prie interneto, pravartu atnaujinti sistemą, sudo apt atnaujinimas && sudo apt atnaujinimas

4 veiksmas: fotoaparato konfigūravimas

Didžiausias skirtumas tarp įprastos „Raspberry Pi“plokštės ir skaičiavimo modulio yra tas, kad vėliau, jei ne tik įgalinsite fotoaparatą naudodami „raspi-config“, jums taip pat reikia pasirinktinio įrenginio medžio failo.

Daugiau informacijos apie skaičiavimo modulio, skirto naudoti su fotoaparatu, konfigūraciją rasite dokumentacijoje. Tačiau apskritai fotoaparato jungtis, be kitų, taip pat turi 4 valdymo kaiščius, kuriuos reikia prijungti prie 4 GPIO kaiščių skaičiavimo modulyje, ir jūs turite nuspręsti, kuriuos iš jų, kurdami savo pasirinktinę plokštę.

Mano atveju, kurdamas plokštę, pasirenku CD1_SDA, kad pereitumėte prie GPIO28, CD1_SCL į GPIO29, CAM1_IO1 į GPIO30 ir CAM1_IO0 į GPIO31. Aš pasirinkau šiuos konkrečius GPIO kaiščius, nes norėjau, kad mano plokštėje būtų 40 kontaktų GPIO antraštė, kuri taip pat išlaiko suderinamumą su įprastų „Raspberry Pi“plokščių GPIO jungtimi. Dėl šios priežasties turėjau įsitikinti, kad GPIO kaiščiai, kuriuos naudoju fotoaparatui, taip pat nebūtų rodomi GPIO antraštėje.

Taigi, nebent nuspręsite keisti fotoaparato jungties laidus, jums reikia /boot/dt-blob.bin, kuris nurodo jūsų Pi konfigūruoti GPIO28-31, kaip aprašyta aukščiau. Norėdami sugeneruoti dt-blob.bin, kuris yra dvejetainis failas, jums reikia dt-blob.dts. Kad būtų lengviau, aš jums pateiksiu savo dt-blob.dts, kurį prireikus galėsite pritaikyti savo poreikiams.

Norėdami surinkti įrenginio medžio failą, naudokite įrenginio medžio kompiliatorių, dtc -I dts -O dtb -o dt -blob.bin dt -blob.dts

Nesu tikras, kodėl, tačiau aukščiau aprašyta informacija turėtų būti įspėta, tačiau kol dt-blob.bin buvo sėkmingai sugeneruota, viskas turėtų būti gerai. Dabar perkelkite ką tik sukurtą dt-blob.bin į /boot vykdydami, sudo mv dt-blob.bin /boot/dt-blob.bin

Aukščiau pateikta informacija greičiausiai duos jums tokį įspėjimą:

mv: nepavyko išsaugoti „/boot/dt-blob.bin“nuosavybės: operacija neleidžiama

Tai tik mv skundžiasi, kad negali išsaugoti failo nuosavybės, nes /boot yra FAT skaidinys, kurio tikimasi. Galbūt pastebėjote, kad /boot/dt-blob.bin pagal numatytuosius nustatymus neegzistuoja, nes „Pi“naudoja įmontuotą įrenginio medį. Pridėję savo vidų /įkrovą, nepaisote įmontuoto ir leidžia sukonfigūruoti kaiščio funkciją taip, kaip jums patinka. Daugiau apie įrenginio medį galite rasti dokumentacijoje.

Po to turite įjungti fotoaparatą, sudo raspi-config

Eikite į sąsajos parinktis, pasirinkite Fotoaparatas, pasirinkite TAIP, Gerai ir Baigti. Jei jūsų paklaus, ar norite iš naujo paleisti atsisakymą. Dabar išjunkite „Pi“ir išjunkite maitinimą.

Išjungus maitinimą iš IO plokštės, naudojant 4 jungiamąsias laidines jungtis nuo moterų iki moterų, prijunkite GPIO28 kaiščius prie CD1_SDA, GPIO29 prie CD1_SCL, GPIO30 prie CAM1_IO1 ir GPIO31 prie CAM1_IO0. Galiausiai pritvirtinkite fotoaparato modulį prie CAM1 jungties naudodami fotoaparato adapterio plokštę arba fotoaparato kabelį, skirtą „Raspberry Pi Zero“, ir įjunkite maitinimą.

Jei po „Pi“batų viskas veikė taip, kaip tikėtasi, turėtumėte galėti naudotis fotoaparatu. Jei norite pabandyti nufotografuoti prisijungę prie „Pi“per SSH paleidimą, raspistill -o test.jpg

Jei komanda baigiama be klaidų ir sukuriamas test.jpg, tai reiškia, kad ji veikė. Jei norite pažvelgti į ką tik padarytą nuotrauką, galite prisijungti prie „Pi“per SFTP ir perkelti jį į kompiuterį.

sftp pi@

sftp> gauti test.jpg sftp> išeiti

5 veiksmas: perėjimas iš IO plokštės į pasirinktinę PCB

Dabar, kai baigsite visas pagrindines konfigūracijas, galite pereiti prie savo pasirinktinės plokštės kūrimo pagal skaičiavimo modulį. Kadangi tai bus pirmasis jūsų projektas, labai raginu griebtis mano dizaino ir išplėsti jį įtraukiant bet kokią papildomą aparatūrą, kuri jums patinka.

Lentos gale yra daug vietos savo komponentams pridėti, o palyginti mažiems projektams greičiausiai net nereikia padidinti plokštės matmenų. Be to, jei tai yra atskiras projektas ir jums nereikia fizinės GPIO antraštės savo plokštėje, galite lengvai jos atsikratyti ir sutaupyti vietos viršutinėje PCB pusėje. GPIO antraštė taip pat yra vienintelis komponentas, nukreiptas per antrąjį vidinį sluoksnį ir jį pašalinus, jis visiškai išlaisvinamas.

Turėčiau atkreipti dėmesį į tai, kad pats sėkmingai surinkiau ir išbandžiau vieną iš plokščių ir patikrinau, ar viskas, įskaitant fotoaparatą ir HDMI išvestį, veikia taip, kaip tikėtasi. Taigi, kol nepadarysite jokių didelių pakeitimų, kaip išdėstiau viską, neturėtumėte turėti jokių problemų.

Jei vis dėlto turite atlikti keletą didelių išdėstymo pakeitimų, atminkite, kad dauguma pėdsakų, einančių į HDMI ir fotoaparato jungtis, yra nukreipti kaip 100 omų diferencinės poros. Tai reiškia, kad jūs turite į tai atsižvelgti, jei turite juos perkelti ant lentos. Be to, tai reiškia, kad net jei išbraukite GPIO antraštę iš savo dizaino, o tai reiškia, kad dabar vidiniuose sluoksniuose nebus jokių pėdsakų, jums vis tiek reikia 4 sluoksnių PCB, kad būtų pasiekta beveik 100 omų diferencinė varža. Jei vis dėlto nesinaudosite HDMI išvestimi ir fotoaparatu, turėtumėte turėti galimybę naudoti dviejų sluoksnių plokštę, atsikratydami jų, ir šiek tiek sumažinti plokščių kainą.

Kaip nuoroda, plokštės buvo užsakytos iš ALLPCB, kurių bendras storis 1,6 mm, ir aš neprašiau varžos kontrolės, nes tai greičiausiai gerokai padidins išlaidas, taip pat norėjau sužinoti, ar tai bus svarbu. Aš taip pat pasirinkau panardinamą auksinę apdailą, kad būtų lengviau lituoti jungtis rankiniu būdu, nes tai garantuoja, kad visos trinkelės bus gražios ir plokščios.