Өзіңіздің Raspberry Pi есептеу модулінің PCB дизайнын жасаңыз: 5 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:25

Егер сіз бұрын Raspberry Pi есептеу модулі туралы ешқашан естімеген болсаңыз, бұл негізінен ноутбуктің жедел жадының формалық факторы бар толыққанды Linux компьютері!

Raspberry Pi - бұл басқа компонент болатын өзіңіздің жеке тақталарыңызды жасауға болады. Бұл сізге үлкен икемділікті береді, өйткені ол сізге IO түйреуіштерінің үлкен мөлшеріне қол жеткізуге мүмкіндік береді, сонымен бірге сіз өзіңіздің тақтаңызда қандай жабдықты қалайтыныңызды таңдай аласыз. Борттық eMMC сонымен қатар Raspberry Pi негізіндегі өнімдерді жобалау үшін Compute модулін тамаша ететін сыртқы micro SD картасының қажеттілігін жояды.

Өкінішке орай, Есептеу модулі мұның барлығын орындауға мүмкіндік берсе де, ол A және B дәстүрлі Raspberry Pi модельдерімен салыстырғанда танымалдылық тұрғысынан әлі де жетіспейтін сияқты. Нәтижесінде көптеген ашық бағдарламалық жасақтама жобалары жоқ. ол Ал өз тақталарын жобалауды бастауды қалайтындардың барлығында олардың ресурстары шектеулі.

Мен бірнеше ай бұрын Raspberry Pi есептеу модулін алғаш рет бастаған кезде дәл осы мәселе болды. Сонымен, мен бұл туралы бірдеңе жасауды шештім. Мен Raspberry Pi -ді керемет ететін барлық негізгі мүмкіндіктерге ие болатын Compute Module негізінде ашық бастапқы ПХД құрастыруды шештім. Оған камера қосқышы, USB хост, аудио шығыс, HDMI және әрине Raspberry Pi тақталарымен үйлесімді GPIO тақырыбы кіреді.

Бұл жобаның мақсаты - кез келген адам өзінің жеке тақтасын жобалаудың бастапқы нүктесі ретінде пайдалана алатын Есептеу модуліне негізделген ашық тақтаның дизайнын ұсыну. Бұл тақта EDA бағдарламалық қамтамасыз етудің ашық коды бар KiCAD бағдарламасында мүмкіндігінше көп адамдарға мүмкіндік беру үшін жасалған.

Дизайн файлдарын алыңыз, оларды сіздің қажеттіліктеріңізге бейімдеңіз және жобаңызға арналған жеке тақтаны айналдырыңыз.

1 -қадам: Бөлшектер мен құралдар

Raspberry Pi есептеу модулін бастау үшін сізге келесі бөліктер қажет:

1 x Raspberry Pi есептеу модулі 3 - Мен Lite нұсқасын емес, борттық eMMC қамтитын қарапайым нұсқаны алуды ұсынамын. Егер сіз Lite нұсқасын жобаңызда қолданғыңыз келсе, дизайнға бірнеше өзгерістер енгізуіңіз керек, оған micro SD картасының қосқышы қосылады. Ақырында, мен тек CM3 көмегімен тақтаны сынап көрдім және ол 2014 жылы шығарылған бірінші CM нұсқасымен жұмыс істейтініне кепілдік бере алмаймын.

29.01.2019 жаңарту: Қор 3+ Есептеу модулін шығарған сияқты, сонымен қатар ол 8GB, 16GB немесе 32GB eMMC опциясымен бірге келеді! Мәліметтер кестесіне сәйкес, CM3+ CM3 -ке ұқсас электрлік болып көрінеді, демек, бұл CM3 -ті алмастырудың төмендеуі.

1 x Есептеу модулінің IO тақтасы - Менің дизайным Есептеу модулінің IO тақтасын алмастыру үшін емес, оның негізінде өзіңіздің жеке тақтаны жобалаудың бастапқы нүктесі болуға арналған. Сонымен, сіздің өміріңізді жеңілдету үшін қолыңызды IO тақтасына қоюды ұсынамын және оны арнайы тақтаға көшпес бұрын оны дамытуға қолданыңыз. СМ-дің әр түйреуішіне және әр түрлі қосқыштарға қол жеткізуден басқа, IM тақтасы борттық eMMC жыпылықтауы үшін де қажет. Егер сіз алдымен дизайнға өзгерістер енгізбесеңіз, бұл менің тақтамен жасай алмайсыз.

1 x Raspberry Pi Zero камералық кабелі немесе есептеу модулінің камера адаптері - Мен өз дизайнымда Compute Module IO Board мен Raspberry Pi Zero пайдаланатын камераға өте ұқсас қосқышты қолданамын. Сонымен, камераны бекіту үшін сізге Pi Zero үшін жасалған адаптер кабелі немесе Compute Module Development Kit бірге келетін камера адаптер тақтасы қажет болады. Менің білуімше, адаптер тақтасын бөлек сатып алу өте қымбат. Егер сіз маған ұнайтын болсаңыз, ақшаңызды үнемдеу үшін CM мен IO тақтасын бөлек сатып алуды шешсеңіз, мен сізге Pi Zero үшін жасалған камера адаптерінің кабелін алуға кеңес беремін.

1 x Raspberry Pi камера модулі - мен тақтаны тек 8 мегапиксельді емес, түпнұсқа 5 мегапиксельді модульмен тексердім. Бірақ біріншісі жақсы жұмыс істеп жатқан сияқты, мен ешқандай себеп көрмеймін, себебі ол артқа үйлесімді болады. Қалай болғанда да, 5MP нұсқасын eBay -де 5 евродан төмен табуға болады, сондықтан мен оны алуға кеңес беремін.

4 x Әйелден әйелге дейінгі секіргіш сымдар - IO тақтасындағы камера қосқышын конфигурациялау үшін сізге кем дегенде 4 қажет болады, бірақ сіз көбірек алғыңыз келеді. Олар арнайы тақта үшін қажет емес, бірақ егер сіз GPIO тақырыбы арқылы кез келген сыртқы жабдықты қосуды жоспарласаңыз пайдалы болуы мүмкін.

1 x HDMI кабелі - Мен адаптерлерге қажеттілікті жою үшін тақтадағы толық өлшемді HDMI қосқышты қолдануды шештім. Әрине, егер сіз шағын немесе тіпті микро HDMI коннекторын қолданғыңыз келсе, дизайнды сіздің қажеттіліктеріңізге бейімдей аласыз.

1 x 5V Micro USB қуат көзі - Сіздің телефон зарядтағышыңыз, ең болмағанда, 1А -дан кем болмайтын жағдайда, жақсы жағдайда болуы керек. Есіңізде болсын, бұл жай ғана жалпы мән, сіздің қуат қажеттіліктеріңіз өзіңіздің жеке тақтаға қосуды шешкен аппараттық құралға байланысты болады.

1 x USB Ethernet адаптері - Егер сіз жүйеде кез келген пакетті орнатуды немесе жаңартуды жоспарласаңыз, сізге кем дегенде уақытша Интернетке кіру қажет болады. 2-in-1 Ethernet адаптері мен USB хабы жақсы комбинация болуы мүмкін, себебі сізде тек бір USB порты бар. Мен жеке түрде Edimax EU-4208-ді қолданамын, ол Pi-мен жұмыс істейді және сыртқы қуатты қажет етпейді, бірақ оның USB-хабы жоқ. Егер сіз USB Ethernet адаптерін сатып алғыңыз келсе Raspberry Pi көмегімен тексерілгендердің тізімін табыңыз.

Егер сіз қосымша USB портын, тіпті Etherent -ті тікелей жеке тақтаға қосқыңыз келсе, мен Microchip -тен LAN9512 -ге қарауды ұсынамын. Бұл түпнұсқа Raspberry Pi Model B қолданатын чип және сізге 2 USB порты мен 1 Ethernet порты береді. Сонымен қатар, егер сізге 4 USB порты қажет болса, оның туысы LAN9514 -ті қарауды қарастырыңыз.

1 x DDR2 SODIMM RAM қосқышы - бұл, мүмкін, бүкіл тақтаның ең маңызды құрамдас бөлігі және, мүмкін, оны оңай ауыстыруға болмайды. Сізді қиындықтан құтқару үшін сізге керек-TE CONNECTIVITY 1473005-4. Ол TME, Mouser және Digikey сияқты көптеген ірі жеткізушілерден қол жетімді, сондықтан оны табу қиын болмайды. Өте абай болыңыз, екі рет тексеріңіз және сіз тапсырыс беретін бөлік 1473005-4 екеніне көз жеткізіңіз. Мен жасаған қатені қайталамаңыз және айналы нұсқаны алыңыз, бұл коннекторлар арзан емес.

Қалған бөліктерді тақтаға енгізуді таңдасаңыз, қосымша ақпарат алу үшін Банкке қарауға болады, мен олардың көпшілігіне арналған мәліметтер кестесіне сілтемелерді қосуға тырыстым.

Дәнекерлеу жабдықтары - Тақтадағы ең кішкентай компоненттер - бұл 0402 ажырататын конденсаторлар, бірақ HDMI, камера мен SODIMM қосқыштары кез келген үлкейтусіз біршама қиын болуы мүмкін. Егер сізде SMD дәнекерлеу тәжірибесі жақсы болса, бұл үлкен мәселе болмауы керек деп ойлады. Қалай болғанда да, егер сізде микроскоп болса, мен оны ұсынамын.

2 -қадам: EMMC жыпылықтауы

Есептеу модулін пайдалануды бастамас бұрын істеу керек бірінші нәрсе - eMMC -те Raspbian Lite -тің соңғы суретін жыпылықтау. Raspberry Pi ресми құжаттары өте жақсы жазылған және бүкіл процесті Linux пен Windows үшін егжей -тегжейлі сипаттайды. Сондықтан мен сізге Linux -те қысқаша әрекет ету керек қадамдарды сипаттаймын, сондықтан олар тез анықтама бола алады.

Ең алдымен, сізде IO тақтасы бағдарламалау режиміне орнатылғанына және SODIMM қосқышына Есептеу модулі қосылғанына көз жеткізу керек. Тақтаны бағдарламалау режиміне қою үшін J4 қосқышын EN күйіне жылжытыңыз.

Әрі қарай, сіз жүйеде rPiboot құралын құруыңыз керек, осылайша сіз оны eMMC -ке кіру үшін пайдалана аласыз. Мұны істеу үшін сізге usbboot репозиторийінің көшірмесі қажет, оны git арқылы оңай алуға болады, git clone --depth = 1 https://github.com/raspberrypi/usbboot && cd usbboot

Енді rpiboot құру үшін libusb-1.0-0-dev екеуінің де жүйеде пакеттер орнатылғанына көз жеткізу керек. Сонымен, сіз Ubuntu сияқты Debian негізіндегі дистрибутивте болсаңыз, sudo apt update && sudo apt install libusb-1.0-0-dev make

Егер сіз Debian негізіндегі дистрибутивті пайдаланбасаңыз, libusb-1.0.0-dev бумасының атауы басқаша болуы мүмкін, сондықтан сіздің жағдайда қалай аталатынын біліңіз. Құру тәуелділіктері орнатылғаннан кейін rpiboot екілік файлын іске қосу арқылы құруға болады, жасау

Құрастыру аяқталғаннан кейін rpiboot root ретінде іске қосылады және ол қосылымды күте бастайды, sudo./rpiboot

Енді микро -USB кабелін USB SLAVE портына жалғау арқылы компьютерге IO тақтасын қосыңыз, содан кейін POWER IN портына қуат қосыңыз. Бірнеше секундтан кейін rpiboot Есептеу модулін анықтап, eMMC -ге кіруге мүмкіндік беруі керек. Нәтижесінде /dev астында жаңа блоктық құрылғы пайда болады. Құрылғының атауын табуға көмектесу үшін fdisk бағдарламасын қолдануға болады.

sudo fdisk -l

Диск /dev /sdi: 3.7 GiB, 3909091328 байт, 7634944 сектор

Бірліктер: 1 * 512 секторлары = 512 байт Сектор өлшемі (логикалық/физикалық): 512 байт/512 байт енгізу -шығару көлемі (минималды/оңтайлы): 512 байт/512 байт Дисклэйбель түрі: dos Диск идентификаторы: 0x8e3a9721

Device Boot Start End End Sectors Size Id түрі

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

Менің жағдайда бұл /dev /sdi болды, себебі менің жүйеде бірнеше дискілер бар, бірақ сіздікі әр түрлі болады.

Дұрыс құрылғы атауын тапқаныңызға сенімді болғаннан кейін, Raspbian Lite кескінін eMMC -ге жазу үшін dd қолдануға болады. Мұны жасамас бұрын, сіздің жүйеде eMMC бөлімі жоқ екеніне көз жеткізіңіз.

df -h

Егер сіз оларды келесідей шешіп алсаңыз, sudo umount /dev /sdXY

Енді өте абай болыңыз, dd көмегімен дұрыс емес құрылғы атауын қолдану сіздің жүйеңізді бұзып, деректердің жоғалуына әкелуі мүмкін. Егер сіз не істеп жатқаныңызға толық сенімді болмасаңыз, келесі қадамды жалғастырмаңыз. Егер сізге қосымша ақпарат қажет болса, осы құжаттаманы қараңыз.

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

Dd және sync пәрмендері аяқталғаннан кейін, IO тақтасын компьютерден ажырату керек. Ақырында, J4 секіргішті DIS орнына қайтаруды ұмытпаңыз және сіздің есептеу модулі бірінші жүктеуге дайын болуы керек.

3 -қадам: Бірінші жүктеу

Бірінші рет жүктемес бұрын, USB тақтасы мен HDMI мониторын интерфейс тақтасына қосыңыз. Егер бәрі күткендей болса және сіздің Pi жүктеуді аяқтаса, оларды қосу сізге онымен әрекеттесуге мүмкіндік береді.

Сізге кіру сұралғанда, пайдаланушы аты үшін «pi» және құпия сөз үшін «таңқурай» пайдаланыңыз, себебі бұл әдепкі кіру тіркелгі деректері. Енді сіз кез келген Raspberry Pi -де күтілгендей жұмыс істейтініне көз жеткізу үшін бірнеше пәрмендерді іске қосуға болады, бірақ әлі Интернетке қосылмағандықтан, ештеңені орнатуға тырыспаңыз.

Pi -ді өшірмес бұрын істеу керек маңызды нәрсе - SSH қосу, сондықтан келесі жүктеуден кейін оған компьютерден қосылуға болады. Сіз мұны raspi-config пәрменінің көмегімен оңай жасай аласыз, sudo raspi-config

SSH қосу үшін Интерфейс опцияларына өтіңіз, SSH таңдаңыз, ИӘ, Жарайды және Аяқтаңыз. Егер сіз қайта жүктеуді қажет етсеңіз деп сұрасаңыз. Сіз Pi -ді өшіргеннен кейін және ол аяқталғаннан кейін қуатты өшіріңіз.

sudo өшіру -h қазір

Әрі қарай, сізде болуы керек USB Ethernet адаптері арқылы Интернет байланысын орнату қажет. Егер адаптерде USB хабы болса, оны қаласаңыз, пернетақтаны қосуға болады, әйтпесе сіз SSH арқылы Pi -ге қосыла аласыз. Қалай болғанда да, жүктеу процесі күткендей аяқталатынына көз жеткізу үшін HDMI мониторын қосулы күйде ұстаңыз.

Сонымен қатар, ол сізге Pi DHCP серверінен алған IP мекенжайын көрсетуі керек. Мұны SSH арқылы Pi -ге қосылу үшін қолданып көріңіз.

ssh pi@

Pi -ге SSH арқылы сәтті қосылғаннан кейін сізге монитор мен пернетақтаның қосылуы қажет болмайды, сондықтан қаласаңыз, оларды ажыратыңыз. Бұл кезде сізде Pi -ден Интернетке кіру мүмкіндігі болуы керек, оны тексеру үшін google.com сияқты нәрсеге пинг қоюға болады. Интернетке кіру мүмкіндігі бар екеніне көз жеткізгеннен кейін жүйені іске қосу арқылы жаңартқан дұрыс.

sudo apt update && sudo apt upgrade

4 -қадам: камераны конфигурациялау

Кәдімгі Raspberry Pi тақтасы мен Есептеу модулінің ең үлкен айырмашылығы мынада, егер raspi-config көмегімен камераны қосудан басқа, сізге қосымша құрылғының ағаш файлы қажет болады.

Құжаттамада камерамен пайдалану үшін Есептеу модулінің конфигурациясы туралы қосымша ақпаратты таба аласыз. Жалпы алғанда, камера қосқышында басқалармен қатар 4 басқару түйреуіштері бар, олар есептеу модулінде 4 GPIO түйреуішіне қосылуы керек, және сіз өзіңіздің жеке тақтаны жобалау кезінде қайсысын өзіңіз шешесіз.

Менің жағдайда тақтаны жобалау кезінде мен GPIO28, CD1_SCL - GPIO29, CAM1_IO1 - GPIO30 және CAM1_IO0 - GPIO31 өту үшін CD1_SDA таңдаймын. Мен осы GPIO түйреуіштерін таңдаймын, себебі мен бортында 40 істікшелі GPIO тақырыбы болуын қаладым, бұл сонымен қатар қарапайым Raspberry Pi тақталарының GPIO коннекторымен үйлесімділікті сақтайды. Осы себепті мен камераға арналған GPIO түйреуіштері GPIO тақырыбында көрінбейтініне көз жеткізуім керек болды.

Сонымен, егер сіз камера қосқышының сымдарына өзгерістер енгізуді шешпесеңіз, сізге Pi-ге GPIO28-31-ді жоғарыда сипатталғандай конфигурациялауды айтатын /boot/dt-blob.bin қажет. Ал екілік файл болып табылатын dt-blob.bin жасау үшін сізге dt-blob.dts құрастыру қажет. Жеңілдету үшін мен сізге өзімнің dt-blob.dts файлын беремін, оны қажет болған жағдайда сіздің қажеттіліктеріңізге бейімдей аласыз.

Құрылғы ағашының файлын құрастыру үшін келесі түрде құрылғы ағаш компиляторын қолданыңыз:

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

Мен неге екеніне сенімді емеспін, бірақ жоғарыда айтылғандар бірнеше ескертуге әкелуі керек, бірақ dt-blob.bin сәтті жасалған кезде бәрі жақсы болуы керек. Енді сіз жасаған dt-blob.bin файлын орындау арқылы /жүктеуге жылжытыңыз, sudo mv dt-blob.bin /boot/dt-blob.bin

Жоғарыда айтылғандар сізге келесі ескертуді беруі мүмкін, mv: '/boot/dt-blob.bin' үшін иелік сақталмады: Операцияға рұқсат жоқ

Бұл жай ғана mv файлдың меншігін сақтай алмайтынына шағымданады, себебі /boot - күтілетін FAT бөлімі. Сіз /boot/dt-blob.bin әдепкі бойынша жоқ екенін байқаған боларсыз, себебі Pi оның орнына кіріктірілген құрылғы ағашын пайдаланады. Ішкі жүктеуді /жүктеуді қосқанда, кірістірілген бірін алмастырады және оның түйреуіш функциясын өзіңіз қалағандай конфигурациялауға мүмкіндік береді. Құрылғы ағашы туралы толығырақ құжаттамадан білуге болады.

Осыдан кейін камераны қосу керек, sudo raspi-config

Интерфейс опцияларына өтіңіз, Камераны таңдаңыз, ИӘ, Жарайды және Аяқтаңыз. Егер сіз қайта жүктеуді қажет етсеңіз деп сұрасаңыз. Енді Pi -ді өшіріп, қуатты өшіріңіз.

IO тақтасынан қуат алынып тасталғаннан кейін, 4 аналық -аналық секіргіш сым арқылы GPIO28 үшін түйреуіштерді CD1_SDA -ға, GPIO29 -ды CD1_SCL -ге, GPIO30 -ды CAM1_IO1 -ге және GPIO31ді CAM1_IO0 -ге қосыңыз. Ақырында, камера модулін CAM1 қосқышына камера адаптер тақтасын немесе Raspberry Pi Zero арналған камералық кабельді пайдаланып қосыңыз және қуатты қолданыңыз.

Егер бәрі Pi етігінен кейін күтілгендей жұмыс істесе, сіз камераны қолдана аласыз. Pi -ге SSH жүгіру арқылы қосылғаннан кейін суретке түсіру үшін, raspistill -o test.jpg

Егер пәрмен қатесіз аяқталса және test-j.webp

sftp pi@

sftp> test.jpg sftp алу> шығу

5 -қадам: IO тақтасынан реттелетін ПХД -ге көшу

Енді барлық негізгі конфигурация аяқталғаннан кейін сіз есептеу модуліне негізделген жеке тақтаны жасауға көшуге болады. Бұл сіздің алғашқы жобаңыз болатындықтан, мен сізге өзімнің дизайнымды алып, оны сізге ұнайтын қосымша жабдықты қосуға шақырамын.

Тақтаның артқы жағында өз компоненттерін қосуға көп орын бар және салыстырмалы түрде кішігірім жобалар үшін тақтаның өлшемдерін ұлғайтудың қажеті жоқ. Сонымен қатар, егер бұл дербес жоба болса және сіздің тақтаңызда физикалық GPIO тақырыбы қажет болмаса, сіз одан оңай құтылуға және ПХД жоғарғы жағында бос орын үнемдеуге болады. GPIO тақырыбы - бұл екінші ішкі қабат арқылы өтетін және оны алып тастайтын жалғыз компонент.

Мен тақталардың бірін өзім сәтті жинап, сынап көргенімді және камера мен HDMI шығысын қоса алғанда бәрі күткендей жұмыс істейтінін тексердім. Сонымен, егер мен бәрін өзгертуге ешқандай өзгеріс енгізбесеңіз, сізде ешқандай мәселе болмауы керек.

Егер сізге макетке үлкен өзгерістер енгізу қажет болса, HDMI мен камера қосқыштарына түсетін іздердің көпшілігі 100 Ом дифференциалды жұп ретінде бағытталатынын есте сақтаңыз. Бұл оларды тақтада жылжыту қажет болған жағдайда ескеру керек дегенді білдіреді. Сонымен қатар, бұл сіздің дизайныңыздан GPIO тақырыбын тастасаңыз да, яғни ішкі қабаттарда іздер болмайды дегенді білдіреді, бірақ 100 Ом -ға жақын дифференциалды кедергіге жету үшін сізге әлі де 4 қабатты ПХД қажет. Егер сіз HDMI шығысы мен камераны пайдаланбайтын болсаңыз, онда сіз 2 қабатты тақтаны қолдана отырып, олардан арылуға және тақталардың құнын азайтуға тиіссіз.

Анықтама үшін тақталар ALLPCB -ден жалпы қалыңдығы 1,6 мм болатын тапсырыс берілді, мен импеданс бақылауын сұраған жоқпын, себебі бұл шығындарды едәуір көтеруі мүмкін, мен де маңызды ма екенін көргім келді. Мен сондай -ақ қосқыштардың қолмен дәнекерленуін жеңілдету үшін алтынмен қаптауды таңдадым, себебі бұл барлық төсемдердің жақсы және тегіс болуына кепілдік береді.