Reka Modul Raspberry Pi Compute Anda Sendiri PCB: 5 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:09

Sekiranya anda belum pernah mendengar tentang Modul Raspberry Pi Compute sebelumnya, pada dasarnya ia adalah komputer Linux yang lengkap dengan faktor bentuk stik RAM komputer riba!

Dengan menjadi mungkin untuk merancang papan khas anda sendiri di mana Raspberry Pi hanyalah komponen lain. Itu memberi anda fleksibiliti yang sangat besar kerana ia membolehkan anda mengakses pin IO yang jauh lebih banyak, sementara pada masa yang sama anda dapat memilih dengan tepat perkakasan yang anda mahukan di papan anda. EMMC on-board juga menghilangkan keperluan untuk kad SD mikro luaran, yang menjadikan Modul Komputasi sempurna untuk merancang produk berasaskan Raspberry Pi.

Sayangnya, sementara Modul Komputasi memungkinkan anda melakukan semua ini, nampaknya kekurangan dari segi populariti berbanding dengan Raspberry Pi Model A dan B. Hasilnya, tidak banyak projek perkakasan sumber terbuka di luar sana berdasarkan ia. Dan bagi sesiapa yang mungkin ingin memulakan dengan merancang papan mereka sendiri jumlah sumber yang mereka ada agak terhad.

Semasa saya mula-mula menggunakan Modul Raspberry Pi Compute beberapa bulan yang lalu, itulah masalah yang saya hadapi. Oleh itu, saya memutuskan untuk melakukan sesuatu mengenainya. Saya memutuskan untuk merancang PCB sumber terbuka berdasarkan Modul Komputasi, yang akan mempunyai semua ciri asas yang menjadikan Raspberry Pi hebat. Itu termasuk penyambung kamera, hos USB, output audio, HDMI dan tentu saja header GPIO yang serasi dengan papan Raspberry Pi biasa.

Matlamat projek ini adalah untuk menyediakan reka bentuk sumber terbuka untuk papan berdasarkan Modul Komputasi, yang akan dapat digunakan oleh sesiapa sahaja sebagai titik permulaan untuk merancang papan adat mereka sendiri. Papan ini dirancang pada KiCAD, pakej perisian EDA sumber terbuka dan lintas platform, untuk membolehkan sebanyak mungkin orang memanfaatkannya.

Cukup ambil fail reka bentuk, sesuaikan dengan keperluan anda dan putar papan rekaan anda sendiri untuk projek anda.

Langkah 1: Bahagian dan Alat

Untuk memulakan dengan Raspberry Pi Compute Module, anda memerlukan bahagian berikut:

1 x Raspberry Pi Compute Module 3 - Saya sangat mengesyorkan mendapatkan versi biasa yang merangkumi eMMC on-board dan bukan versi Lite. Sekiranya anda ingin menggunakan versi Lite dalam projek anda, anda perlu membuat beberapa perubahan pada reka bentuk, dan itu termasuk menambahkan penyambung kad SD mikro. Akhirnya, saya hanya menguji papan dengan CM3 dan saya tidak dapat menjamin bahawa ia akan berfungsi dengan versi CM pertama yang dikeluarkan pada tahun 2014.

Kemas kini 29/1/2019: Nampaknya Yayasan baru saja melancarkan Compute Module 3+ dan bukan hanya itu, tetapi sekarang ia juga dilengkapi dengan pilihan untuk eMMC 8GB, 16GB atau 32GB! Menurut lembar data, nampaknya CM3 + adalah elektrik yang serupa dengan CM3 yang bermaksud pada dasarnya ia merupakan penggantian pengganti CM3.

1 x Papan Komputer Modul IO - Reka bentuk saya bertujuan untuk menjadi titik permulaan untuk merancang papan khas anda sendiri berdasarkannya, bukan pengganti papan Komputer Modul IO. Oleh itu, untuk menjadikan hidup anda lebih mudah, saya sangat mengesyorkan agar anda menggunakan papan IO dan menggunakannya untuk pembangunan sebelum beralih ke papan ubahsuaian. Selain memberi anda akses ke setiap pin CM dan pelbagai penyambung, papan IO juga diperlukan untuk memancarkan eMMC on-board. Yang merupakan sesuatu yang tidak boleh anda lakukan dengan papan saya, melainkan jika anda melakukan perubahan pada reka bentuk terlebih dahulu.

1 x Kabel Kamera Raspberry Pi Zero atau Adaptor Kamera Modul Compute - Pada rekaan saya, saya menggunakan penyambung kamera yang sangat serupa dengan yang digunakan oleh Papan Komputer Modul IO dan Raspberry Pi Zero. Oleh itu, untuk memasang kamera, anda memerlukan kabel penyesuai yang direka untuk Pi Zero atau papan penyesuai kamera yang disertakan dengan Kit Pembangunan Modul Komputasi. Setahu saya, membeli papan penyesuai secara berasingan agak mahal. Oleh itu, jika anda seperti saya memutuskan untuk membeli CM dan IO Board anda secara berasingan untuk menjimatkan wang, saya menasihati anda agar mendapatkan kabel penyesuai kamera yang direka untuk Pi Zero.

1 x Modul Kamera Raspberry Pi - Saya hanya menguji papan dengan modul kamera 5MP yang asal dan bukan versi 8MP yang lebih baru. Tetapi kerana yang pertama nampaknya berfungsi dengan baik, saya tidak melihat alasan yang kemudian tidak sesuai kerana ia sepatutnya serasi ke belakang. Walau apa pun, versi 5MP boleh didapati dengan harga kurang dari 5 € di eBay pada masa ini. Itulah sebabnya saya mengesyorkan mendapatkannya.

4 x Wayar Jumper Perempuan ke Wanita - Anda memerlukan sekurang-kurangnya 4 untuk mengkonfigurasi penyambung kamera pada papan IO, anda mungkin ingin mendapatkan lebih banyak lagi. Mereka tidak diperlukan untuk papan ubahsuaian tetapi boleh berguna jika anda merancang melampirkan perkakasan luaran melalui tajuk GPIO.

1 x Kabel HDMI - Saya memutuskan untuk menggunakan penyambung HDMI bersaiz penuh di papan saya untuk menghilangkan keperluan penyesuai. Sudah tentu, jika anda lebih suka menggunakan penyambung HDMI mini atau mikro, silakan menyesuaikan reka bentuk mengikut keperluan anda.

Bekalan Kuasa Mikro USB 1 x 5V - Pengecas telefon anda mungkin berfungsi dengan baik untuk kebanyakan kes selagi ia dapat menyediakan sekurang-kurangnya 1A. Perlu diingat bahawa ini hanyalah nilai umum, keperluan kuasa anda sebenarnya bergantung pada perkakasan yang anda putuskan untuk disertakan di papan ubahsuaian anda.

1 x USB Ethernet Adapter - Sekiranya anda merancang untuk memasang atau mengemas kini hampir semua pakej pada sistem anda, anda memerlukan sekurang-kurangnya akses Internet sementara. Penyesuai Ethernet 2-dalam-1 ditambah hab USB mungkin merupakan kombo yang baik kerana anda hanya mempunyai satu port USB yang tersedia. Secara peribadi saya menggunakan Edimax EU-4208 yang berfungsi di luar kotak dengan Pi dan tidak memerlukan kuasa luaran, tetapi ia tidak mempunyai hab USB yang terpasang. Sekiranya anda ingin membeli penyesuai Ethernet USB di sini, anda boleh cari senarai dengan senarai yang telah diuji dengan Raspberry Pi.

Sekiranya anda ingin menambahkan lebih banyak port USB dan bahkan Etherent secara langsung di papan ubahsuaian anda, saya cadangkan anda melihat LAN9512 dari Microchip. Ia adalah cip yang sama yang digunakan oleh Raspberry Pi Model B yang asli dan akan memberi anda 2 port USB dan 1 port Ethernet. Sebagai alternatif, jika anda memerlukan 4 port USB, pertimbangkan untuk melihat sepupunya LAN9514.

1 x DDR2 SODIMM RAM Connector - Ini mungkin merupakan komponen terpenting dari keseluruhan papan dan mungkin satu-satunya yang tidak dapat diganti dengan mudah. Untuk menyelamatkan anda dari masalah bahagian yang harus anda dapatkan ialah TE CONNECTIVITY 1473005-4. Ia tersedia dari kebanyakan pembekal utama termasuk TME, Mouser dan Digikey, jadi anda semestinya tidak mempunyai masalah untuk mencarinya. Tetapi berhati-hatilah, periksa semula dan pastikan bahagian yang anda pesan sebenarnya adalah 1473005-4. Jangan buat kesilapan yang sama dengan saya dan dapatkan versi cermin, penyambung ini tidak murah.

Untuk bahagian-bahagian lain yang saya pilih untuk disertakan di papan tulis, anda boleh melihat BOM untuk mendapatkan lebih banyak maklumat, saya cuba memasukkan pautan ke lembaran data untuk kebanyakannya.

Peralatan Pematerian - Komponen terkecil di papan adalah kapasitor pemadatan 0402, tetapi HDMI serta kamera dan penyambung SODIMM juga boleh sedikit mencabar tanpa pembesaran apa pun. Sekiranya anda mempunyai pengalaman yang baik dengan pematerian SMD, ia tidak seharusnya menjadi masalah besar. Walau bagaimana pun, sekiranya anda mempunyai akses ke mikroskop, saya sangat mengesyorkannya.

Langkah 2: Melancarkan EMMC

Perkara pertama yang perlu anda lakukan sebelum mula menggunakan Modul Komputasi anda ialah memancarkan gambar Raspbian Lite terkini di eMMC. Dokumentasi Raspberry Pi rasmi ditulis dengan baik dan menerangkan keseluruhan proses dengan terperinci untuk Linux dan Windows. Oleh itu, saya hanya akan menerangkan langkah-langkah yang perlu anda ambil sebentar di Linux, sehingga mereka dapat berfungsi sebagai rujukan cepat.

Pertama sekali, anda perlu memastikan bahawa papan IO anda telah ditetapkan ke mod pengaturcaraan dan Modul Komputasi dimasukkan ke penyambung SODIMM. Untuk mengatur papan ke mod pengaturcaraan, gerakkan pelompat J4 ke kedudukan EN.

Seterusnya, anda perlu membina alat rpiboot pada sistem anda supaya anda dapat menggunakannya untuk mendapatkan akses ke eMMC. Untuk melakukannya, anda memerlukan salinan repositori usbboot yang dapat diperoleh dengan mudah menggunakan git seperti berikut, git clone --depth = 1 https://github.com/raspberrypi/usbboot && cd usbboot

Sekarang, untuk membina rpiboot, anda perlu memastikan bahawa pakej libusb-1.0-0-dev dan make dipasang di sistem anda. Jadi, dengan andaian anda menggunakan distro berasaskan Debian seperti Ubuntu run, sudo apt update && sudo apt install libusb-1.0-0-dev make

Sekiranya anda tidak menggunakan distro berasaskan Debian, nama pakej libusb-1.0.0-dev mungkin berbeza, jadi pastikan untuk mengetahui bagaimana ia dipanggil dalam kes anda. Setelah pergantungan build dipasang, anda boleh membina binary rpiboot hanya dengan menjalankan, membuat

Setelah dibina selesai jalankan rpiboot sebagai root dan ia akan mula menunggu sambungan, sudo./rpiboot

Sekarang pasangkan papan IO ke komputer anda dengan menyambungkan kabel USB mikro ke port USB SLAVE dan kemudian gunakan kuasa ke port POWER IN. Selepas beberapa saat, rpiboot seharusnya dapat mengesan Modul Komputasi dan membolehkan anda mengakses eMMC. Itu akan mengakibatkan peranti blok baru muncul di bawah / dev. Anda boleh menggunakan program fdisk untuk membantu anda mencari nama peranti, sudo fdisk -l

Cakera / dev / sdi: 3.7 GiB, 3909091328 bait, 7634944 sektor

Unit: sektor 1 * 512 = 512 bait Ukuran sektor (logik / fizikal): 512 bait / 512 bait Saiz I / O (minimum / optimum): 512 bait / 512 bait Jenis label: dos Pengecam cakera: 0x8e3a9721

Jenis Id Jenis Sektor Mula Akhir Sektor Jenis Id

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

Dalam kes saya, itu adalah / dev / sdi kerana saya mempunyai beberapa pemacu yang sudah terpasang pada sistem saya, tetapi sistem anda pasti berbeza.

Setelah anda benar-benar yakin telah menemui nama peranti yang betul, anda boleh menggunakan dd untuk membakar gambar Raspbian Lite ke eMMC. Sebelum melakukannya, pastikan bahawa tidak ada partisi eMMC yang terpasang pada sistem anda.

df -h

Sekiranya anda dapat mencabutnya seperti berikut, sudo umount / dev / sdXY

Sekarang berhati-hati, menggunakan nama peranti yang salah dengan dd berpotensi memusnahkan sistem anda dan menyebabkan kehilangan data. Jangan teruskan langkah seterusnya kecuali anda benar-benar yakin bahawa anda tahu apa yang anda lakukan. Sekiranya anda memerlukan lebih banyak maklumat, lihat dokumentasi mengenai perkara ini.

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

Setelah arahan dd dan penyegerakan selesai, anda seharusnya dapat mencabut papan IO dari komputer anda. Akhirnya, jangan lupa untuk memindahkan jumper J4 kembali ke kedudukan DIS dan Modul Komputasi anda harus siap untuk boot pertama.

Langkah 3: Boot Pertama

Sebelum melakukan boot untuk pertama kalinya, pastikan anda memasang papan kekunci USB dan monitor HDMI ke papan IO anda. Sekiranya semuanya berjalan seperti yang diharapkan dan Pi anda selesai boot, memasangkannya akan membolehkan anda berinteraksi dengannya.

Apabila anda diminta untuk log masuk, gunakan "pi" untuk nama pengguna dan "raspberry" untuk kata laluan kerana ini adalah kelayakan masuk lalai. Anda kini boleh menjalankan beberapa arahan untuk memastikan semuanya berfungsi seperti yang diharapkan seperti biasa pada Raspberry Pi mana pun, tetapi jangan cuba memasang apa-apa kerana anda masih tidak mempunyai sambungan Internet.

Perkara penting yang perlu anda lakukan sebelum mematikan Pi anda ialah mengaktifkan SSH, jadi anda boleh menyambungnya dari komputer anda selepas boot seterusnya. Anda boleh melakukannya dengan mudah menggunakan perintah raspi-config, sudo raspi-config

Untuk mengaktifkan SSH pergi ke Interfacing Options, pilih SSH, pilih YES, OK dan Finish. Sekiranya anda ditanya sama ada anda mahu reboot tolak. Setelah anda selesai mematikan Pi anda dan setelah selesai, keluarkan kuasa.

sudo shutdown -h sekarang

Seterusnya, anda perlu membuat sambungan Internet menggunakan penyesuai Ethernet USB yang semestinya anda miliki. Sekiranya penyesuai anda juga mempunyai hab USB, anda boleh menggunakannya untuk memasang papan kekunci jika anda mahu, jika tidak, anda hanya boleh menyambung ke Pi melalui SSH. Walau apa pun, pastikan monitor HDMI terpasang sekurang-kurangnya buat masa ini, untuk memastikan proses boot selesai seperti yang diharapkan.

Juga, di hujungnya juga harus menunjukkan kepada anda alamat IP yang anda dapatkan dari pelayan DHCP. Cuba gunakan ini untuk menyambung ke Pi anda melalui SSH.

ssh pi @

Setelah berjaya menyambung ke Pi anda melalui SSH, anda tidak lagi memerlukan monitor dan papan kekunci yang terpasang, jadi jangan lepaskannya jika anda mahu. Pada ketika ini anda juga harus mempunyai akses ke Internet dari Pi anda, anda boleh mencuba ping sesuatu seperti google.com untuk mengesahkannya. Setelah memastikan bahawa anda mempunyai akses ke Internet, ada baiknya anda mengemas kini sistem dengan menjalankan, sudo apt update && sudo apt upgrade

Langkah 4: Mengkonfigurasi Kamera

Perbezaan terbesar antara papan Raspberry Pi biasa dan Modul Komputasi adalah bahawa dalam hal kemudian selain hanya mengaktifkan kamera dengan menggunakan raspi-config, anda juga memerlukan fail pokok peranti tersuai.

Anda boleh mendapatkan lebih banyak maklumat mengenai konfigurasi Modul Komputasi untuk digunakan dengan kamera dalam dokumentasi. Tetapi secara amnya, penyambung kamera antara lain juga mempunyai 4 pin kawalan, yang perlu disambungkan ke 4 pin GPIO pada Modul Komputasi, dan terpulang kepada anda untuk menentukan yang mana semasa merancang papan ubahsuaian anda.

Dalam kes saya, semasa merancang papan saya memilih CD1_SDA untuk pergi ke GPIO28, CD1_SCL ke GPIO29, CAM1_IO1 ke GPIO30 dan CAM1_IO0 ke GPIO31. Saya memilih pin GPIO tertentu kerana saya mahu mempunyai header GPIO 40 pin di papan saya, yang juga mengekalkan keserasian dengan penyambung GPIO papan Raspberry Pi biasa. Oleh itu, saya mesti memastikan bahawa pin GPIO yang saya gunakan untuk kamera juga tidak muncul dalam tajuk GPIO.

Oleh itu, melainkan jika anda memutuskan untuk membuat perubahan pada pendawaian penyambung kamera, anda memerlukan /boot/dt-blob.bin yang memberitahu Pi anda untuk mengkonfigurasi GPIO28-31 seperti yang dijelaskan di atas. Dan untuk menghasilkan dt-blob.bin, yang merupakan fail binari, anda memerlukan dt-blob.dts untuk menyusun. Untuk mempermudah sesuatu, saya akan menyediakan dt-blob.dts saya sendiri untuk anda gunakan yang kemudian anda boleh sesuaikan dengan keperluan anda jika anda perlu.

Untuk menyusun fail pokok peranti, gunakan penyusun pokok peranti seperti berikut, dtc -I dts -O dtb -o dt-blob.bin dt-blob.dts

Saya tidak pasti mengapa tetapi perkara di atas harus menghasilkan beberapa amaran, tetapi selagi dt-blob.bin berjaya dihasilkan semuanya mesti baik-baik saja. Sekarang, gerakkan dt-blob.bin yang baru anda buat ke / boot dengan menjalankan, sudo mv dt-blob.bin /boot/dt-blob.bin

Perkara di atas mungkin akan memberi anda amaran berikut, mv: gagal mengekalkan hak milik untuk '/boot/dt-blob.bin': Operasi tidak dibenarkan

Ini hanya mengeluh bahawa ia tidak dapat mengekalkan pemilikan fail kerana / boot adalah partisi FAT yang diharapkan. Anda mungkin menyedari bahawa /boot/dt-blob.bin tidak wujud secara lalai, ini kerana Pi menggunakan pokok peranti bawaan sebagai gantinya. Menambah bahagian dalam / but anda sendiri mengatasi yang terpasang dan membolehkan anda mengkonfigurasi fungsi pinnya mengikut cara yang anda suka. Anda boleh mendapatkan lebih banyak maklumat mengenai pokok peranti dalam dokumentasi.

Setelah selesai, anda perlu mengaktifkan kamera, sudo raspi-config

Pergi ke Pilihan Antaramuka, pilih Kamera, pilih YA, OK dan Selesai. Sekiranya anda ditanya sama ada anda mahu reboot tolak. Sekarang, matikan Pi anda dan keluarkan kuasanya.

Setelah kuasa dikeluarkan dari papan IO, menggunakan 4 wayar jumper wanita ke wanita sambungkan pin untuk GPIO28 ke CD1_SDA, GPIO29 hingga CD1_SCL, GPIO30 hingga CAM1_IO1 dan GPIO31 ke CAM1_IO0. Akhirnya, pasangkan modul kamera anda ke penyambung CAM1 menggunakan papan penyesuai kamera atau kabel kamera yang direka untuk Raspberry Pi Zero dan gunakan kuasa.

Sekiranya semuanya berfungsi seperti yang diharapkan selepas butang Pi, anda seharusnya dapat menggunakan kamera. Untuk cuba mengambil gambar setelah menyambung ke Pi anda melalui jalan SSH, raspistill -o test.jpg

Sekiranya arahan selesai tanpa ralat dan test-j.webp

sftp pi @

sftp> dapatkan test.jpg sftp> keluar

Langkah 5: Berpindah Dari Papan IO ke PCB Custom

Sekarang setelah anda selesai dengan semua konfigurasi asas, anda boleh beralih ke merancang papan tersuai anda sendiri berdasarkan Modul Komputasi. Oleh kerana ini akan menjadi projek pertama anda, saya sangat mendorong anda untuk menarik reka bentuk saya dan memperluasnya untuk memasukkan sebarang perkakasan tambahan yang anda suka.

Bahagian belakang papan mempunyai banyak ruang untuk menambah komponen anda sendiri dan untuk projek yang agak kecil anda mungkin tidak perlu meningkatkan dimensi papan. Juga, sekiranya ini adalah projek yang berdiri sendiri dan anda tidak memerlukan tajuk GPIO fizikal di papan anda, anda boleh menyingkirkannya dengan mudah dan menjimatkan ruang di bahagian atas PCB. Header GPIO juga merupakan satu-satunya komponen yang disalurkan melalui lapisan dalaman kedua dan membuangnya membebaskannya sepenuhnya.

Saya harus menunjukkan bahawa saya berjaya mengumpulkan dan menguji salah satu papan saya sendiri, dan saya telah mengesahkan bahawa segala sesuatu termasuk kamera dan output HDMI nampaknya berfungsi seperti yang diharapkan. Oleh itu, selagi anda tidak membuat perubahan besar pada cara saya mengarahkan semua perkara, anda tidak seharusnya mempunyai masalah.

Sekiranya anda perlu melakukan perubahan susun atur besar, ingatlah bahawa kebanyakan jejak yang menuju ke penyambung HDMI dan kamera disalurkan sebagai pasangan pembezaan 100 Ohm. Ini bermaksud bahawa anda harus mengambil kira perkara ini sekiranya anda perlu memindahkannya ke papan. Juga, ini bermaksud bahawa walaupun anda melepaskan header GPIO dari reka bentuk anda, yang bermaksud bahawa sekarang lapisan dalaman tidak akan mengandungi jejak, anda masih memerlukan PCB 4 lapisan untuk mencapai impedans pembezaan hampir dengan 100 Ohm. Sekiranya anda tidak akan menggunakan output HDMI dan kamera, anda seharusnya dapat menggunakan papan 2 lapisan dengan menyingkirkannya dan mengurangkan kos papan sedikit.

Sebagai rujukan, papan dipesan dari ALLPCB dengan ketebalan keseluruhan 1.6mm dan saya tidak meminta kawalan impedans, kerana ia mungkin akan menaikkan kosnya sedikit dan saya juga ingin melihat apakah itu penting. Saya juga memilih kemasan emas rendaman untuk menyolder penyambung dengan tangan lebih mudah kerana ia menjamin bahawa semua pad akan menjadi baik dan rata.