Dizajnoni PCB -në tuaj të Raspberry Pi Compule Module Compute: 5 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:19

Nëse nuk keni dëgjuar kurrë më parë për Raspberry Pi Compute Module, në thelb është një kompjuter Linux me funksion të plotë me faktorin e formës një shkop RAM RAM!

Me të bëhet e mundur të krijoni bordet tuaja të personalizuara ku Raspberry Pi është vetëm një përbërës tjetër. Kjo ju jep një sasi të madhe fleksibiliteti pasi ju lejon të keni qasje në një sasi shumë më të madhe të kunjave IO, ndërsa në të njëjtën kohë ju zgjidhni për të zgjedhur saktësisht se çfarë pajisje doni në bordin tuaj. EMMC në bord gjithashtu eliminon nevojën për një kartë mikro SD të jashtme, gjë që e bën Modulin e Llogaritjes të përsosur për hartimin e produkteve të bazuara në Raspberry Pi.

Fatkeqësisht, ndërsa Moduli i Llogaritjes ju lejon të bëni të gjitha këto, ende duket se mungon për sa i përket popullaritetit në krahasim me Raspberry Pi Model A dhe B. tradicional. Si rezultat, nuk ka shumë projekte harduerike me burim të hapur atje bazuar në ajo Dhe për këdo që mund të dëshirojë të fillojë me hartimin e bordeve të tyre, sasia e burimeve që ata kanë është mjaft e kufizuar.

Kur fillova për herë të parë me Raspberry Pi Compute Modul disa muaj më parë, kjo ishte pikërisht çështja me të cilën u ballafaqua. Kështu, vendosa të bëja diçka për këtë. Vendosa të krijoj një PCB me burim të hapur bazuar në Modulin e Llogaritjes, që do të ketë të gjitha tiparet themelore që e bëjnë Raspberry Pi të mrekullueshëm. Kjo përfshin një lidhës kamera, host USB, dalje audio, HDMI dhe natyrisht një kokë GPIO të pajtueshme me bordet e zakonshme Raspberry Pi.

Qëllimi i këtij projekti është të sigurojë një dizajn me burim të hapur për një bord të bazuar në Modulin e Llogaritjes, që çdokush do të jetë në gjendje ta përdorë si pikënisje për hartimin e bordit të tij personal. Bordi u krijua në KiCAD, një paketë softuerike EDA me burim të hapur dhe platformë, për të lejuar sa më shumë njerëz të përfitojnë nga ajo.

Thjesht kapni skedarët e projektimit, përshtatni ato me nevojat tuaja dhe rrotulloni bordin tuaj personal për projektin tuaj.

Hapi 1: Pjesët dhe mjetet

Për të filluar me modulin Raspberry Pi Compute ju do të keni nevojë për pjesët e mëposhtme:

1 x Raspberry Pi Compute Module 3 - Unë rekomandoj shumë marrjen e versionit të rregullt i cili përfshin eMMC në bord dhe jo versionin Lite. Nëse dëshironi të përdorni versionin Lite në projektin tuaj, do t'ju duhet të bëni disa ndryshime në dizajn, dhe kjo përfshin shtimin e një lidhësi të kartës micro SD. Së fundi, unë kam testuar bordin vetëm me CM3 dhe nuk mund të garantoj që do të punojë me versionin e parë CM që u lëshua përsëri në 2014.

Përditësimi 29/1/2019: Duket se Fondacioni sapo ka lëshuar Modulin e Llogaritjes 3+ dhe jo vetëm kaq, por tani vjen edhe me opsionin për një eMMC 8 GB, 16 GB ose 32 GB! Sipas fletës së të dhënave, duket se CM3+ është elektrik identik me CM3 që do të thotë se është në thelb një rënie në zëvendësimin e CM3.

1 x Bordi IO i Modulit të Llogaritjes - Dizajni im kishte për qëllim të shërbente si një pikënisje për hartimin e bordit tuaj personal të bazuar në të, jo për të qenë zëvendësim për bordin e IO të Modulit të Llogaritjes. Pra, për ta bërë jetën tuaj më të lehtë, ju rekomandoj që të merrni duart tuaja në një bord IO dhe ta përdorni atë për zhvillim para se të kaloni në një tabelë të personalizuar. Përveç që ju jep akses në çdo kunj të vetëm të CM plus një shumëllojshmëri lidhësish, bordi IO është gjithashtu i nevojshëm për ndezjen e eMMC në bord. Kjo është diçka që nuk mund ta bëni me tabelën time, nëse nuk bëni së pari disa ndryshime në dizajn.

1 x Kabllo e kamerës Raspberry Pi Zero ose Përshtatës i kamerës së modulit llogaritës - Në modelin tim unë jam duke përdorur një lidhës kamera shumë të ngjashëm me atë të përdorur nga Bordi IO i Compute Module dhe Raspberry Pi Zero. Pra, për të bashkangjitur një aparat fotografik ose do të keni nevojë për një kabllo përshtatës të krijuar për Pi Zero ose bordin e përshtatësit të kamerës që vjen së bashku me Kompletin e Zhvillimit të Modulit të Llogaritjes. Me sa di unë, blerja e bordit të përshtatësit veç e veç është mjaft e shtrenjtë. Pra, nëse ju pëlqen mua vendosni të blini bordin tuaj CM dhe IO veç e veç për të kursyer para, ju këshilloj që në vend të kësaj të merrni kabllon e përshtatësit të kamerës të krijuar për Pi Zero.

1 x Moduli i kamerës Raspberry Pi - Unë kam testuar bordin vetëm me modulin origjinal të kamerës 5MP dhe jo versionin e ri 8MP. Por meqenëse e para duket se po punon mirë, nuk shoh asnjë arsye që e mëvonshme nuk do të funksionojë, pasi supozohet të jetë e pajtueshme prapa. Sido që të jetë, versioni 5MP mund të gjendet për më pak se 5 € në eBay në ditët e sotme, kjo është arsyeja pse unë do të rekomandoja marrjen e një të tillë.

4 x Tela Jumper Femrash në Femra - Ju do të keni nevojë për të paktën 4 për konfigurimin e lidhësit të kamerës në tabelën IO, me siguri do të dëshironi të merrni më shumë. Ato nuk janë të nevojshme për tabelën e personalizuar, por mund të jenë të dobishme nëse planifikoni të bashkëngjitni ndonjë pajisje të jashtme përmes kokës GPIO.

1 x Kabllo HDMI - Vendosa të përdor një lidhës HDMI me madhësi të plotë në bordin tim për të eleminuar nevojën për adaptorë. Sigurisht, nëse preferoni të përdorni një lidhës mini apo edhe një mikro HDMI mos ngurroni të përshtatni modelin me nevojat tuaja.

Furnizimi me energji 1 x 5V Micro USB - Ngarkuesi i telefonit tuaj ndoshta duhet të funksionojë mirë për shumicën e rasteve për sa kohë që mund të sigurojë të paktën 1A. Mbani në mend se kjo është vetëm një vlerë e përgjithshme, kërkesat tuaja në të vërtetë të energjisë do të varen nga pajisjet që vendosni të përfshini në tabelën tuaj të personalizuar.

1 x Përshtatës USB Ethernet - Nëse planifikoni të instaloni ose përditësoni pothuajse çdo paketë në sistemin tuaj, do t'ju duhet të paktën qasje të përkohshme në internet. Një përshtatës Ethernet 2 në 1 plus një shpërndarës USB është ndoshta një kombinim i mirë pasi keni vetëm një port USB në dispozicion. Personalisht përdor Edimax EU-4208 i cili funksionon jashtë kutisë me Pi dhe nuk kërkon energji të jashtme, por nuk ka një shpërndarës USB të integruar. Nëse jeni duke kërkuar të blini një përshtatës USB Ethernet këtu ju mund të gjeni një listë me ato që janë testuar me Raspberry Pi.

Nëse dëshironi të shtoni më shumë porte USB dhe madje edhe Etherent direkt në tabelën tuaj të personalizuar, unë do të sugjeroja që të shikoni LAN9512 nga Microchip. Shtë i njëjti çip i përdorur nga Raspberry Pi Model B origjinal dhe do t'ju japë 2 porte USB dhe 1 port Ethernet. Përndryshe, nëse keni nevojë për 4 porte USB konsideroni të shikoni kushëririn e tij LAN9514.

1 x Lidhës RAM DDR2 SODIMM - Ky është ndoshta komponenti më i rëndësishëm i të gjithë bordit dhe ka të ngjarë i vetmi që nuk mund të zëvendësohet lehtë. Për t'ju shpëtuar nga telashet pjesa që duhet të merrni është TE CONNECTIVITY 1473005-4. Isshtë në dispozicion nga shumica e furnizuesve kryesorë përfshirë TME, Mouser dhe Digikey, kështu që nuk duhet ta keni problem ta gjeni. Sidoqoftë, jini shumë të kujdesshëm, kontrolloni dy herë dhe sigurohuni që pjesa që porositni është në të vërtetë 1473005-4. Mos bëni të njëjtin gabim që bëra dhe merrni versionin e pasqyruar, këto lidhje nuk janë të lira.

Për pjesën tjetër të pjesëve që unë zgjedh të përfshij në tabelë mund të hidhni një sy në BOM për të marrë më shumë informacion, u përpoqa të përfshija lidhje me fletët e të dhënave për shumicën e tyre.

Pajisjet e saldimit - Komponentët më të vegjël në tabelë janë kondensatorët e shkëputjes 0402, por HDMI si dhe lidhëset e kamerës dhe SODIMM gjithashtu mund të jenë pak sfiduese pa asnjë lloj zmadhimi. Nëse keni përvojë të mirë me saldimin SMD mendoni se nuk duhet të jetë një çështje e madhe. Sido që të jetë, nëse ju ndodh të keni akses në një mikroskop, unë e rekomandoj shumë.

Hapi 2: Ndezja e EMMC

Gjëja e parë që duhet të bëni para se të filloni të përdorni Modulin tuaj Llogaritës është ndezja e imazhit më të fundit Raspbian Lite në eMMC. Dokumentacioni zyrtar i Raspberry Pi është shkruar shumë mirë dhe përshkruan të gjithë procesin në detaje të shkëlqyeshme si për Linux ashtu edhe për Windows. Për atë arsye, unë do të përshkruaj vetëm hapat që duhet të bëni shumë shkurt në Linux, në mënyrë që ato të shërbejnë si një referencë e shpejtë.

Para së gjithash, duhet të siguroheni që bordi IO të jetë vendosur në modalitetin e programimit dhe Moduli i Llogaritjes të futet në lidhësin SODIMM. Për të vendosur bordin në modalitetin e programimit, zhvendosni kërcyesin J4 në pozicionin EN.

Tjetra, do t'ju duhet të ndërtoni mjetin rpiboot në sistemin tuaj në mënyrë që ta përdorni atë për të marrë qasje në eMMC. Për ta bërë këtë, keni nevojë për një kopje të depozitës usbboot e cila mund të merret lehtësisht duke përdorur git si më poshtë, git klon -thellësi = 1 https://github.com/raspberrypi/usbboot && cd usbboot

Tani, për të ndërtuar rpiboot ju duhet të siguroheni që të dy libusb-1.0-0-dev dhe make paketat janë të instaluara në sistemin tuaj. Pra, duke supozuar se jeni në një distro të bazuar në Debian siç është Ubuntu run, sudo apt update && sudo apt install libusb-1.0-0-dev make

Nëse nuk përdorni një distro të bazuar në Debian, emri i paketës libusb-1.0.0-dev mund të jetë i ndryshëm, prandaj sigurohuni që të gjeni sesi quhet në rastin tuaj. Pasi të jenë instaluar varësitë e ndërtimit, ju mund të ndërtoni binarin rpiboot thjesht duke ekzekutuar, bëj

Pasi të jetë ndërtuar, ekzekutoni rpiboot si root dhe do të fillojë të presë për një lidhje, sudo./rpiboot

Tani lidhni bordin IO me kompjuterin tuaj duke lidhur një kabllo mikro USB me portën e tij SLAVE USB dhe më pas aplikoni energji në portën POWER IN. Pas disa sekondash rpiboot duhet të jetë në gjendje të zbulojë Modulin e Llogaritjes dhe t'ju lejojë qasje në eMMC. Kjo duhet të rezultojë në shfaqjen e një pajisjeje të re blloku nën /dev. Ju mund të përdorni programin fdisk për t'ju ndihmuar të gjeni emrin e pajisjes, sudo fdisk -l

Disk /dev /sdi: 3.7 GiB, 3909091328 bytes, 7634944 sektorë

Njësitë: sektorët prej 1 * 512 = 512 bajt Madhësia e sektorit (logjik/fizik): 512 bajt/512 bajt Madhësia I/O (minimumi/optimale): 512 bajt/512 bajt Lloji i etiketës së diskut: dos Identifikuesi i diskut: 0x8e3a9721

Fillimi i nisjes së pajisjes Përfundimi Sektorët Madhësia Id Lloji

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

Në rastin tim ishte /dev /sdi pasi unë kam mjaft disqe tashmë të bashkangjitur në sistemin tim, por juaji patjetër do të ndryshojë.

Pasi të jeni absolutisht i sigurt se keni gjetur emrin e saktë të pajisjes, mund të përdorni dd për të djegur imazhin Raspbian Lite në eMMC. Sidoqoftë, para se ta bëni këtë, sigurohuni që nuk ka ndonjë ndarje të eMMC tashmë të montuar në sistemin tuaj.

df -h

Nëse gjeni ndonjë të çmontuar si më poshtë, sudo umount /dev /sdXY

Tani jini jashtëzakonisht të kujdesshëm, përdorimi i emrit të gabuar të pajisjes me dd mund të shkatërrojë potencialisht sistemin tuaj dhe të shkaktojë humbje të të dhënave. Mos vazhdoni me hapin tjetër nëse nuk jeni plotësisht të sigurt se e dini se çfarë po bëni. Nëse keni nevojë për më shumë informacion, ju lutemi hidhini një sy dokumentacionit në lidhje me këtë.

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

Pasi të përfundojnë komandat dd dhe sync, duhet të jeni në gjendje të shkëputni bordin IO nga kompjuteri juaj. Së fundi, mos harroni të zhvendosni kërcyesin J4 përsëri në pozicionin DIS dhe Moduli juaj i Llogaritjes duhet të jetë gati për nisjen e tij të parë.

Hapi 3: Çizmi i parë

Para se të filloni për herë të parë, sigurohuni që të lidhni një tastierë USB dhe një monitor HDMI në bordin tuaj IO. Nëse gjithçka shkon ashtu siç pritej dhe Pi juaj përfundon nisjen, lidhja e tyre do t'ju lejojë të ndërveproni me të.

Kur ju kërkohet të identifikoheni përdorni "pi" për emrin e përdoruesit dhe "mjedër" për fjalëkalimin pasi këto janë kredencialet e paracaktuara të hyrjes. Tani mund të ekzekutoni disa komanda për t'u siguruar që gjithçka po funksionon siç pritej siç bëni normalisht në çdo Raspberry Pi, por mos provoni të instaloni asgjë akoma pasi ende nuk keni një lidhje interneti.

Një gjë e rëndësishme që duhet të bëni para se të fikni Pi -në tuaj është të aktivizoni SSH, kështu që ju mund të lidheni me të nga kompjuteri juaj pas nisjes tjetër. Ju mund ta bëni atë shumë lehtë duke përdorur komandën raspi-config, sudo raspi-config

Për të mundësuar SSH shkoni te Opsionet e Ndërfaqes, zgjidhni SSH, zgjidhni PO, OK dhe Finish. Në rast se jeni pyetur nëse doni të rindizni refuzimin. Pasi të keni mbaruar mbylljen e Pi tuaj dhe sapo të përfundojë hiqni fuqinë.

mbyllje sudo -h tani

Tjetra, duhet të krijoni një lidhje interneti duke përdorur përshtatësin USB Ethernet që tashmë duhet të keni. Nëse përshtatësi juaj gjithashtu përmban një shpërndarës USB, mund ta përdorni për të lidhur tastierën tuaj nëse dëshironi, përndryshe thjesht mund të lidheni me Pi -në tuaj përmes SSH. Sido që të jetë, mbajeni monitorin HDMI të kyçur të paktën tani për tani, për t'u siguruar që procesi i nisjes përfundon ashtu siç pritej.

Gjithashtu, afër fundit, duhet t'ju tregojë gjithashtu adresën IP që Pi juaj mori nga serveri DHCP. Provoni ta përdorni këtë për t'u lidhur me Pi tuaj nëpërmjet SSH.

ssh pi@

Pasi të jeni lidhur me sukses me Pi -në tuaj mbi SSH, nuk keni më nevojë për monitorin dhe tastierën të kyçur, kështu që mos ngurroni t'i shkëputni nëse dëshironi. Në këtë pikë ju gjithashtu duhet të keni qasje në internet nga Pi juaj, mund të provoni të pingoni diçka si google.com për ta verifikuar atë. Pasi të siguroheni që keni akses në internet është ide e mirë të përditësoni sistemin duke e ekzekutuar, sudo apt update && sudo apt upgrade

Hapi 4: Konfigurimi i kamerës

Dallimi më i madh midis një bordi të rregullt Raspberry Pi dhe Modulit të Llogaritjes është se në rastin e mëvonshëm përveç që thjesht mundësoni kamerën duke përdorur raspi-config, ju gjithashtu keni nevojë për një skedar pemë të pajisjes me porosi.

Ju mund të gjeni më shumë informacion në lidhje me konfigurimin e Modulit të Llogaritjes për përdorim me një aparat fotografik në dokumentacion. Por në përgjithësi, lidhësi i kamerës midis të tjerëve gjithashtu përmban 4 kunja kontrolli, të cilat duhet të lidhen me 4 kunja GPIO në Modulin e Llogaritjes, dhe ju takon juve të vendosni se cilat gjatë hartimit të bordit tuaj të personalizuar.

Në rastin tim, gjatë hartimit të tabelës unë zgjedh CD1_SDA për të shkuar në GPIO28, CD1_SCL në GPIO29, CAM1_IO1 në GPIO30 dhe CAM1_IO0 në GPIO31. Unë zgjedh këto kunja të veçanta GPIO pasi doja të kisha një kokë GPIO 40 pin në bordin tim, që gjithashtu ruan përputhshmërinë me lidhësin GPIO të bordeve të rregullta Raspberry Pi. Dhe për atë arsye më është dashur të sigurohem që kunjat GPIO që po përdor për kamerën të mos shfaqen gjithashtu në kokën GPIO.

Pra, nëse nuk vendosni të bëni ndryshime në instalimet elektrike të lidhësit të kamerës, keni nevojë për një /boot/dt-blob.bin që i thotë Pi tuaj të konfigurojë GPIO28-31 siç përshkruhet më sipër. Dhe për të gjeneruar një dt-blob.bin, i cili është një skedar binar, keni nevojë për një dt-blob.dts për të përpiluar. Për t'i bërë gjërat më të lehta, unë do t'ju ofroj dt-blob.dts tim që ju t'i përdorni, të cilat më pas mund t'i përshtateni nevojave tuaja, nëse keni nevojë.

Për të përpiluar skedarin e pemës së pajisjes përdorni përpiluesin e pemës së pajisjes si më poshtë, dtc -I dts -O dtb -o dt -blob.bin dt -blob.dts

Nuk jam i sigurt pse, por sa më sipër duhet të rezultojë në mjaft paralajmërime, por përderisa dt-blob.bin është gjeneruar me sukses gjithçka duhet të jetë mirë. Tani, zhvendosni dt-blob.bin që sapo keni krijuar në /boot duke ekzekutuar, sudo mv dt-blob.bin /boot/dt-blob.bin

Sa më sipër do të ketë paralajmërimin e mëposhtëm, mv: nuk arriti të ruajë pronësinë për '/boot/dt-blob.bin': Operacioni nuk lejohet

Kjo është vetëm mv duke u ankuar se nuk mund të ruajë pronësinë e skedarit pasi /boot është një ndarje FAT e cila pritet. Ju mund të keni vënë re se /boot/dt-blob.bin nuk ekziston si parazgjedhje, kjo ndodh sepse Pi përdor në vend të saj një pemë të pajisur të integruar. Shtimi i brendësisë /boot -it tuaj megjithëse tejkalon atë të integruar dhe ju lejon të konfiguroni funksionin e pinit të tij ashtu si ju pëlqen. Mund të gjeni më shumë rreth pemës së pajisjes në dokumentacion.

Pasi të jetë bërë, duhet të aktivizoni kamerën, sudo raspi-config

Shkoni te Opsionet e Ndërfaqes, zgjidhni Kamera, zgjidhni PO, OK dhe Mbaro. Në rast se jeni pyetur nëse doni të rindizni refuzimin. Tani, mbyllni Pi -në tuaj dhe hiqni energjinë.

Pasi të jetë hequr energjia nga bordi IO, duke përdorur 4 tela bluzë me femra, lidhni kunjat për GPIO28 në CD1_SDA, GPIO29 në CD1_SCL, GPIO30 në CAM1_IO1 dhe GPIO31 në CAM1_IO0. Së fundi, lidhni modulin e kamerës tuaj në lidhësin CAM1 duke përdorur bordin e përshtatësit të kamerës ose një kabllo kamera të krijuar për Raspberry Pi Zero dhe aplikoni energji.

Nëse gjithçka funksionoi siç pritej pas çizmeve Pi, duhet të jeni në gjendje të përdorni kamerën. Për të provuar të bëni një fotografi pasi të lidheni me Pi tuaj nëpërmjet drejtimit SSH, raspistill -o provë.jpg

Nëse komanda përfundon pa gabime dhe krijohet një test-j.webp

sftp pi@

sftp> merrni testin.jpg sftp> dalje

Hapi 5: Kalimi nga Bordi i IO në një PCB të personalizuar

Tani që keni mbaruar me të gjithë konfigurimin bazë, mund të kaloni në hartimin e bordit tuaj personal të bazuar në Modulin e Llogaritjes. Meqenëse ky do të jetë projekti juaj i parë, ju inkurajoj shumë të kapni modelin tim dhe ta zgjeroni atë për të përfshirë çdo pajisje shtesë që ju pëlqen.

Pjesa e pasme e bordit ka shumë hapësirë për shtimin e përbërësve tuaj dhe për projekte relativisht të vogla nuk ka të ngjarë të keni nevojë të rrisni dimensionet e bordit. Gjithashtu, në rast se ky është një projekt i pavarur dhe nuk keni nevojë për një titull fizik GPIO në tabelën tuaj, ju lehtë mund ta heqni qafe atë dhe të kurseni pak hapësirë në anën e sipërme të PCB. Titulli GPIO është gjithashtu komponenti i vetëm që kalohet përmes shtresës së dytë të brendshme dhe heqja e tij e çliron plotësisht.

Duhet të theksoj se kam mbledhur dhe testuar me sukses njërën prej bordeve vetë, dhe kam verifikuar që gjithçka duke përfshirë kamerën dhe daljen HDMI duket se po funksionon siç pritej. Pra, për sa kohë që ju nuk bëni ndonjë ndryshim të madh në mënyrën se si kam drejtuar gjithçka, nuk duhet të keni ndonjë problem.

Në rast se duhet të bëni disa ndryshime të mëdha të paraqitjes, mbani në mend se shumica e gjurmëve që shkojnë te lidhësit HDMI dhe kamera drejtohen si çifte diferenciale 100 Ohm. Kjo do të thotë që ju duhet ta merrni parasysh këtë në rast se duhet t'i lëvizni ato në tabelë. Gjithashtu, do të thotë që edhe nëse e hidhni kokën GPIO nga dizajni juaj, që do të thotë se tani shtresat e brendshme nuk do të përmbajnë asnjë gjurmë, ju prapë keni nevojë për një PCB me 4 shtresa për të arritur një rezistencë diferenciale afër 100 Ohm. Nëse nuk do të përdorni daljen HDMI dhe kamerën, megjithatë, duhet të jeni në gjendje të shkoni me një tabelë me 2 shtresa duke i hequr qafe ato dhe duke ulur pak koston e bordeve.

Vetëm për referencë, dërrasat janë porositur nga ALLPCB me një trashësi totale prej 1.6mm dhe unë nuk kam kërkuar kontroll të rezistencës, pasi ka të ngjarë të rrisë koston mjaft dhe unë gjithashtu doja të shihja nëse do të kishte rëndësi. Unë gjithashtu zgjodha përfundimin e arit të zhytjes për ta bërë më të lehtë lidhjen me dorë të lidhësve pasi garanton që të gjitha pads do të jenë të këndshme dhe të sheshta.