Kendi Raspberry Pi Hesaplama Modülü PCB'nizi Tasarlayın: 5 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Raspberry Pi Hesaplama Modülünü daha önce hiç duymadıysanız, temelde bir dizüstü bilgisayar RAM çubuğu form faktörüne sahip tam teşekküllü bir Linux bilgisayardır!

Raspberry Pi'nin sadece başka bir bileşen olduğu kendi özel panolarınızı tasarlamak mümkün hale geliyor. Bu, size çok daha fazla miktarda IO pinine erişmenize izin verirken, aynı zamanda anakartınızda tam olarak hangi donanımı istediğinizi seçmenize izin verdiği için size muazzam miktarda esneklik sağlar. Yerleşik eMMC ayrıca, Compute Module'ü Raspberry Pi tabanlı ürünler tasarlamak için mükemmel kılan harici bir mikro SD karta olan ihtiyacı ortadan kaldırır.

Ne yazık ki, Hesaplama Modülü tüm bunları yapmanıza izin verse de, geleneksel Raspberry Pi Model A ve B'ye kıyasla popülerlik açısından hala eksik görünüyor. Sonuç olarak, piyasada çok fazla açık kaynaklı donanım projesi yok. o. Ve kendi panolarını tasarlamaya başlamak isteyebilecek herkes için sahip oldukları kaynak miktarı oldukça sınırlıdır.

Birkaç ay önce Raspberry Pi Hesaplama Modülüne ilk başladığımda, karşılaştığım sorun tam olarak buydu. Bu yüzden bu konuda bir şeyler yapmaya karar verdim. Raspberry Pi'yi harika yapan tüm temel özelliklere sahip olacak Hesaplama Modülüne dayalı açık kaynaklı bir PCB tasarlamaya karar verdim. Buna bir kamera konektörü, USB ana bilgisayarı, ses çıkışı, HDMI ve tabii ki normal Raspberry Pi kartlarıyla uyumlu bir GPIO başlığı dahildir.

Bu projenin amacı, herkesin kendi özel panosunu tasarlamak için bir başlangıç noktası olarak kullanabileceği Hesaplama Modülü tabanlı bir pano için açık kaynaklı bir tasarım sağlamaktır. Pano, mümkün olduğunca çok kişinin bundan yararlanabilmesi için açık kaynaklı ve çapraz platformlu bir EDA yazılım paketi olan KiCAD üzerinde tasarlandı.

Tasarım dosyalarını alın, ihtiyaçlarınıza göre uyarlayın ve projeniz için kendi özel panonuzu döndürün.

Adım 1: Parçalar ve Araçlar

Raspberry Pi Hesaplama Modülüne başlamak için aşağıdaki parçalara ihtiyacınız olacak:

1 x Raspberry Pi Hesaplama Modülü 3 - Lite sürümünü değil, yerleşik eMMC'yi içeren normal sürümü almanızı şiddetle tavsiye ederim. Projenizde Lite sürümünü kullanmak istiyorsanız, tasarımda birkaç değişiklik yapmanız gerekecek ve buna bir mikro SD kart konektörü eklemeniz gerekecek. Son olarak, anakartı yalnızca CM3 ile test ettim ve 2014'te piyasaya sürülen ilk CM sürümüyle çalışacağını garanti edemem.

29/1/2019 Güncellemesi:Vakfın Hesaplama Modülü 3+'i piyasaya sürdüğü görülüyor ve sadece bu değil, aynı zamanda 8GB, 16GB veya 32GB eMMC seçeneğiyle birlikte geliyor! Veri sayfasına göre, CM3+'nın CM3 ile elektriksel olarak aynı olduğu görülüyor, bu da temelde CM3'ün yerini alacak bir düşüş olduğu anlamına geliyor.

1 x Hesaplama Modülü IO Kartı - Tasarımım, Hesaplama Modülü IO kartının yerini almak için değil, buna dayalı olarak kendi özel kartınızı tasarlamak için bir başlangıç noktası olarak hizmet etmeyi amaçladı. Bu nedenle, hayatınızı kolaylaştırmak için ellerinizi bir IO panosuna götürmenizi ve özel bir panoya geçmeden önce bunu geliştirme için kullanmanızı şiddetle tavsiye ederim. CM'nin her bir pimine ve çeşitli konektörlere erişim sağlamanın yanı sıra, yerleşik eMMC'yi yanıp sönmek için IO kartına da ihtiyaç vardır. Bu, önce tasarımda bazı değişiklikler yapmadığınız sürece panomla yapamayacağınız bir şey.

1 x Raspberry Pi Zero Kamera Kablosu veya Hesaplama Modülü Kamera Adaptörü - Tasarımımda, Hesaplama Modülü IO Kartı ve Raspberry Pi Zero tarafından kullanılana çok benzer bir kamera konektörü kullanıyorum. Bu nedenle, bir kamera takmak için ya Pi Zero için tasarlanmış bir adaptör kablosuna ya da Hesaplama Modülü Geliştirme Kiti ile birlikte gelen kamera adaptör kartına ihtiyacınız olacak. Bildiğim kadarıyla adaptör kartını ayrıca satın almak oldukça pahalı. Bu yüzden, biraz tasarruf etmek için CM ve IO Board'unuzu ayrı ayrı almaya karar vermemi beğendiyseniz, bunun yerine Pi Zero için tasarlanmış kamera adaptör kablosunu almanızı tavsiye ederim.

1 x Raspberry Pi Kamera Modülü - Kartı sadece orijinal 5MP kamera modülü ile test ettim, daha yeni 8MP versiyonu ile test etmedim. Ancak birincisi gayet iyi çalışıyor gibi göründüğünden, geriye dönük uyumlu olması gerektiği için sonrakinin olmaması için hiçbir neden göremiyorum. Her iki durumda da, 5MP versiyonu bugünlerde eBay'de 5€'dan daha ucuza bulunabiliyor, bu yüzden bir tane almanızı tavsiye ederim.

4 x Dişi - Dişi Jumper Telleri - IO kartındaki kamera konektörünü yapılandırmak için en az 4'e ihtiyacınız olacak, muhtemelen daha fazlasını elde etmek isteyeceksiniz. Özel kart için gerekli değildirler ancak GPIO başlığı aracılığıyla herhangi bir harici donanım eklemeyi planlıyorsanız faydalı olabilirler.

1 x HDMI Kablosu - Adaptör ihtiyacını ortadan kaldırmak için anakartımda tam boyutlu bir HDMI konektörü kullanmaya karar verdim. Tabii ki, bir mini veya hatta bir mikro HDMI konektörü kullanmayı tercih ederseniz, tasarımı ihtiyaçlarınıza göre uyarlamaktan çekinmeyin.

1 x 5V Mikro USB Güç Kaynağı - Telefonunuzun şarj cihazı, en az 1A sağlayabildiği sürece, çoğu durumda muhtemelen iyi sonuç verir. Bunun sadece genel bir değer olduğunu unutmayın, gerçek güç gereksinimleriniz, özel kartınıza dahil etmeye karar verdiğiniz donanıma bağlı olacaktır.

1 x USB Ethernet Adaptörü - Sisteminize hemen hemen herhangi bir paket yüklemeyi veya güncellemeyi planlıyorsanız, en azından geçici İnternet erişimine ihtiyacınız olacak. 2'si 1 arada Ethernet adaptörü artı USB hub, yalnızca bir USB bağlantı noktanız olduğundan muhtemelen iyi bir kombinasyondur. Şahsen ben kutudan çıktığı gibi Pi ile çalışan ve harici güç gerektirmeyen, ancak dahili bir USB hub'ı olmayan Edimax EU-4208'i kullanıyorum. Bir USB Ethernet adaptörü satın almayı düşünüyorsanız, buradan yapabilirsiniz. Raspberry Pi ile test edilmiş olanların bir listesini bulun.

Doğrudan özel kartınıza daha fazla USB bağlantı noktası ve hatta Etherent eklemek istiyorsanız, Microchip'ten LAN9512'ye bir göz atmanızı öneririm. Orijinal Raspberry Pi Model B tarafından kullanılanla aynı yongadır ve size 2 USB bağlantı noktası ve 1 Ethernet bağlantı noktası verecektir. Alternatif olarak, 4 USB bağlantı noktasına ihtiyacınız varsa, kuzeni LAN9514'e bir göz atmayı düşünün.

1 x DDR2 SODIMM RAM Konektörü - Bu, muhtemelen tüm kartın en önemli bileşenidir ve muhtemelen kolayca değiştirilemeyecek tek bileşendir. Sizi bu dertten kurtarmak için almanız gereken parça TE CONNECTIVITY 1473005-4'tür. TME, Mouser ve Digikey dahil olmak üzere çoğu büyük tedarikçiden temin edilebilir, bu nedenle onu bulmakta sorun yaşamazsınız. Yine de çok dikkatli olun, iki kez kontrol edin ve sipariş ettiğiniz parçanın aslında 1473005-4 olduğundan emin olun. Benim yaptığım hatayı yapıp aynalı versiyonu almayın, bu konektörler ucuz değil.

Tahtaya dahil etmeyi seçtiğim geri kalan kısımlar için daha fazla bilgi almak için Malzeme Listesine bakabilirsiniz, çoğu için veri sayfalarına bağlantılar eklemeye çalıştım.

Lehimleme Ekipmanı - Karttaki en küçük bileşenler 0402 dekuplaj kapasitörleridir, ancak HDMI, kamera ve SODIMM konektörleri de herhangi bir büyütme olmadan biraz zorlayıcı olabilir. SMD lehimleme konusunda iyi bir deneyiminiz varsa, bunun büyük bir sorun olmaması gerektiğini düşündünüz. Her iki durumda da, bir mikroskoba erişiminiz varsa, şiddetle tavsiye ederim.

2. Adım: EMMC'yi Yanıp Sönme

Hesaplama Modülünüzü kullanmaya başlamadan önce yapmanız gereken ilk şey, eMMC'de en son Raspbian Lite görüntüsünü yanıp sönmektir. Resmi Raspberry Pi belgeleri çok iyi yazılmış ve hem Linux hem de Windows için tüm süreci ayrıntılı olarak açıklıyor. Bu nedenle, hızlı bir referans olarak hizmet edebilmeleri için yalnızca Linux'ta atmanız gereken adımları çok kısaca anlatacağım.

Her şeyden önce, IO kartınızın programlama moduna ayarlandığından ve Hesaplama Modülünün SODIMM konektörüne takıldığından emin olmanız gerekir. Kartı programlama moduna ayarlamak için J4 jumper'ını EN konumuna getirin.

Ardından, eMMC'ye erişim elde etmek için kullanabilmeniz için sisteminizde rpiboot aracını oluşturmanız gerekecek. Bunu yapmak için, git kullanılarak aşağıdaki gibi kolayca elde edilebilecek usbboot deposunun bir kopyasına ihtiyacınız var, git klon --depth=1 https://github.com/raspberrypi/usbboot && cd usbboot

Şimdi, rpiboot oluşturmak için sisteminizde hem libusb-1.0-0-dev hem de make paketlerinin kurulu olduğundan emin olmanız gerekir. Yani, Ubuntu run gibi Debian tabanlı bir dağıtımda olduğunuzu varsayarsak, sudo apt güncelleme && sudo apt install libusb-1.0-0-dev make

Debian tabanlı bir dağıtım kullanmıyorsanız, libusb-1.0.0-dev paketinin adı farklı olabilir, bu nedenle sizin durumunuzda nasıl adlandırıldığını bulduğunuzdan emin olun. Derleme bağımlılıkları yüklendikten sonra, rpiboot ikili dosyasını basitçe çalıştırarak oluşturabilirsiniz, Yapmak

Derleme tamamlandıktan sonra rpiboot'u root olarak çalıştırın ve bağlantı için beklemeye başlayacaktır, sudo./rpiboot

Şimdi, USB SLAVE bağlantı noktasına bir mikro USB kablosu bağlayarak IO kartını bilgisayarınıza takın ve ardından GÜÇ GİRİŞİ bağlantı noktasına güç verin. Birkaç saniye sonra rpiboot, Hesaplama Modülünü algılayabilmeli ve eMMC'ye erişmenize izin vermelidir. Bu, /dev altında görünen yeni bir blok aygıtıyla sonuçlanmalıdır. Cihazın adını bulmanıza yardımcı olması için fdisk programını kullanabilirsiniz, sudo fdisk -l

Disk /dev/sdi: 3.7 GiB, 3909091328 bayt, 7634944 sektör

Birimler: 1 * 512 = 512 baytlık sektörler Sektör boyutu (mantıksal/fiziksel): 512 bayt / 512 bayt G/Ç boyutu (minimum/optimal): 512 bayt / 512 bayt Disk etiketi türü: dos Disk tanımlayıcısı: 0x8e3a9721

Aygıt Önyükleme Başlangıcı Bitiş Sektörleri Boyut Kimliği Türü

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

Benim durumumda /dev/sdi sistemime zaten bağlı birkaç sürücüm olduğundan, ancak sizinki kesinlikle değişecektir.

Doğru cihaz adını bulduğunuzdan kesinlikle emin olduktan sonra, Raspbian Lite görüntüsünü eMMC'ye yazmak için dd'yi kullanabilirsiniz. Yine de bunu yapmadan önce, sisteminize önceden monte edilmiş herhangi bir eMMC bölümünün olmadığından emin olun.

df -h

Bunları aşağıdaki gibi sökün bulursanız, sudo umount /dev/sdXY

Şimdi son derece dikkatli olun, dd ile yanlış cihaz adını kullanmak, sisteminizi potansiyel olarak tahrip edebilir ve veri kaybına neden olabilir. Ne yaptığınızı bildiğinizden tamamen emin değilseniz bir sonraki adıma geçmeyin. Daha fazla bilgiye ihtiyacınız varsa, lütfen bununla ilgili belgelere bakın.

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

dd ve sync komutları bittiğinde, IO kartını bilgisayarınızdan çıkarabilmeniz gerekir. Son olarak, J4 atlama telini DIS konumuna geri getirmeyi unutmayın; Hesaplama Modülünüz ilk önyükleme için hazır olmalıdır.

3. Adım: İlk Önyükleme

İlk kez önyükleme yapmadan önce, GÇ kartınıza bir USB klavye ve bir HDMI monitör taktığınızdan emin olun. Her şey beklendiği gibi giderse ve Pi'niz önyüklemeyi bitirirse, bunları takmak, onunla etkileşim kurmanıza olanak tanır.

Oturum açmanız istendiğinde, kullanıcı adı için "pi" ve parola için "ahududu" kullanın, çünkü bunlar varsayılan oturum açma bilgileridir. Artık her şeyin normalde herhangi bir Raspberry Pi'de yaptığınız gibi çalıştığından emin olmak için bazı komutları çalıştırabilirsiniz, ancak henüz bir İnternet bağlantınız olmadığı için henüz bir şey yüklemeye çalışmayın.

Pi'nizi kapatmadan önce yapmanız gereken önemli bir şey, bir sonraki önyüklemeden sonra bilgisayarınızdan bağlanabilmeniz için SSH'yi etkinleştirmektir. Bunu raspi-config komutunu kullanarak çok kolay bir şekilde yapabilirsiniz, sudo raspi yapılandırması

SSH'yi etkinleştirmek için Arayüz Seçenekleri'ne gidin, SSH'yi seçin, EVET, Tamam ve Bitir'i seçin. Reddetme işlemini yeniden başlatmak isteyip istemediğiniz sorulursa. Bitirdikten sonra Pi'nizi kapatın ve bittiğinde gücü kesin.

sudo kapatma -h şimdi

Ardından, zaten sahip olmanız gereken USB Ethernet adaptörünü kullanarak bir İnternet bağlantısı kurmanız gerekir. Adaptörünüzde ayrıca bir USB hub varsa, isterseniz klavyenizi takmak için kullanabilirsiniz, aksi takdirde Pi'nize SSH üzerinden bağlanabilirsiniz. Her iki durumda da, önyükleme işleminin beklendiği gibi tamamlandığından emin olmak için HDMI monitörünü en azından şimdilik takılı tutun.

Ayrıca, sona doğru Pi'nizin DHCP sunucusundan aldığı IP adresini de göstermelidir. Pi'nize SSH üzerinden bağlanmak için bunu kullanmayı deneyin.

ssh pi@

Pi'nize SSH üzerinden başarılı bir şekilde bağlandıktan sonra, monitöre ve klavyeye artık takılı olmanıza gerek kalmaz, bu nedenle isterseniz bunları çıkarmaktan çekinmeyin. Bu noktada Pi'nizden İnternet'e de erişiminiz olmalıdır, doğrulamak için google.com gibi bir şeye ping atmayı deneyebilirsiniz. İnternete erişiminiz olduğundan emin olduktan sonra, sistemi çalıştırarak güncellemek iyi bir fikirdir, sudo apt güncelleme && sudo apt yükseltme

4. Adım: Kamerayı Yapılandırma

Sıradan bir Raspberry Pi kartı ile Hesaplama Modülü arasındaki en büyük fark, daha sonra olması durumunda, sadece kamerayı raspi-config kullanarak etkinleştirmenin yanı sıra, özel bir cihaz ağacı dosyasına da ihtiyacınız olmasıdır.

Belgelerde bir kamerayla kullanım için Hesaplama Modülünün yapılandırmasıyla ilgili daha fazla bilgi bulabilirsiniz. Ancak genel olarak, diğerlerinin yanı sıra kamera konektörü, Hesaplama Modülündeki 4 GPIO pinine bağlanması gereken 4 kontrol pinine de sahiptir ve özel kartınızı tasarlarken hangilerinin olduğuna karar vermek size kalmıştır.

Benim durumumda, kartı tasarlarken GPIO28'e, CD1_SCL'den GPIO29'a, CAM1_IO1'den GPIO30'a ve CAM1_IO0'dan GPIO31'e gitmek için CD1_SDA'yı seçiyorum. Bu özel GPIO pinlerini, kartımda normal Raspberry Pi kartlarının GPIO konektörüyle uyumluluğu koruyan 40 pinli bir GPIO başlığı olmasını istediğim için seçiyorum. Bu nedenle kamera için kullandığım GPIO pinlerinin de GPIO başlığında görünmediğinden emin olmam gerekiyordu.

Bu nedenle, kamera konektörünün kablo tesisatında değişiklik yapmaya karar vermediğiniz sürece, Pi'nize GPIO28-31'i yukarıda açıklandığı gibi yapılandırmasını söyleyen bir /boot/dt-blob.bin'e ihtiyacınız vardır. Ve bir ikili dosya olan bir dt-blob.bin oluşturmak için, derlemek için bir dt-blob.dts dosyasına ihtiyacınız var. İşleri kolaylaştırmak için kullanmanız için kendi dt-blob.dts dosyalarımı sağlayacağım ve daha sonra gerekirse ihtiyaçlarınıza göre uyarlayabilirsiniz.

Aygıt ağacı dosyasını derlemek için aygıt ağacı derleyicisini aşağıdaki gibi kullanın, dtc -I dts -O dtb -o dt-blob.bin dt-blob.dts

Neden olduğundan emin değilim, ancak yukarıdakiler birkaç uyarıyla sonuçlanmalıdır, ancak dt-blob.bin başarıyla oluşturulduğu sürece her şey yolunda olmalıdır. Şimdi, az önce oluşturduğunuz dt-blob.bin dosyasını yürüterek /boot'a taşıyın, sudo mv dt-blob.bin /boot/dt-blob.bin

Yukarıdakiler muhtemelen size aşağıdaki uyarıyı verecektir, mv: '/boot/dt-blob.bin' için sahiplik korunamadı: İşleme izin verilmiyor

Bu sadece /boot beklenen bir FAT bölümü olduğu için dosya sahipliğini koruyamadığından şikayet ediyor. /boot/dt-blob.bin öğesinin varsayılan olarak mevcut olmadığını fark etmiş olabilirsiniz, bunun nedeni Pi'nin bunun yerine yerleşik bir aygıt ağacı kullanmasıdır. Kendi iç / önyüklemenizi eklemek, yerleşik olanı geçersiz kılar ve pininin işlevini istediğiniz gibi yapılandırmanıza izin verir. Aygıt ağacı hakkında daha fazla bilgiyi belgelerde bulabilirsiniz.

Bu yapıldıktan sonra kamerayı etkinleştirmeniz gerekir, sudo raspi yapılandırması

Arayüz Seçenekleri'ne gidin, Kamera'yı seçin, EVET, Tamam ve Bitir'i seçin. Reddetme işlemini yeniden başlatmak isteyip istemediğiniz sorulursa. Şimdi Pi'nizi kapatın ve gücü kesin.

IO kartından güç kesildikten sonra, 4 dişi - dişi atlama teli kullanarak GPIO28 - CD1_SDA, GPIO29 - CD1_SCL, GPIO30 - CAM1_IO1 ve GPIO31 - CAM1_IO0 pinlerini bağlayın. Son olarak, kamera adaptör kartını veya Raspberry Pi Zero için tasarlanmış bir kamera kablosunu kullanarak kamera modülünüzü CAM1 konektörüne bağlayın ve güç uygulayın.

Pi çizmelerinden sonra her şey beklendiği gibi çalıştıysa, kamerayı kullanabilmelisiniz. Pi'nize SSH run ile bağlandıktan sonra fotoğraf çekmeyi denemek için, raspistill -o test.jpg

Komut hatasız bir şekilde tamamlanırsa ve bir test-j.webp

sftp pi@

sftp> test.jpg sftp'yi al> çık

Adım 5: IO Kartından Özel PCB'ye Geçiş

Artık tüm temel yapılandırmayı tamamladığınıza göre, Hesaplama Modülüne dayalı kendi özel kartınızı tasarlamaya geçebilirsiniz. Bu sizin ilk projeniz olacağından, tasarımımı alıp istediğiniz ek donanımları içerecek şekilde genişletmenizi şiddetle tavsiye ediyorum.

Tahtanın arkası, kendi bileşenlerinizi eklemek için bolca alana sahiptir ve nispeten küçük projeler için muhtemelen tahtanın boyutlarını artırmanız bile gerekmez. Ayrıca, bunun bağımsız bir proje olması ve kartınızda fiziksel bir GPIO başlığına ihtiyacınız olmaması durumunda, bundan kolayca kurtulabilir ve PCB'nin üst tarafında biraz yer kazanabilirsiniz. GPIO başlığı aynı zamanda ikinci iç katmandan yönlendirilen tek bileşendir ve onu kaldırmak onu tamamen serbest bırakır.

Kartlardan birini başarıyla monte ettiğimi ve test ettiğimi ve kamera ve HDMI çıkışı dahil her şeyin beklendiği gibi çalıştığını doğruladığımı belirtmeliyim. Bu nedenle, her şeyi yönlendirme yöntemimde büyük değişiklikler yapmadığınız sürece herhangi bir sorun yaşamamanız gerekir.

Yine de bazı büyük yerleşim değişiklikleri yapmanız gerekiyorsa, HDMI ve kamera konektörlerine giden izlerin çoğunun 100 Ohm diferansiyel çiftleri olarak yönlendirildiğini unutmayın. Bu, onları tahtada hareket ettirmeniz durumunda bunu hesaba katmanız gerektiği anlamına gelir. Ayrıca, GPIO başlığını tasarımınızdan çıkarsanız bile, yani artık iç katmanlar herhangi bir iz içermeyecektir, 100 Ohm'a yakın bir diferansiyel empedans elde etmek için hala 4 katmanlı bir PCB'ye ihtiyacınız olduğu anlamına gelir. Yine de HDMI çıkışından ve kameradan faydalanmayacaksanız, 2 katmanlı bir tahta ile onlardan kurtulup, kartların maliyetini biraz azaltabilmelisiniz.

Sadece referans olarak, ALLPCB'den toplam 1,6 mm kalınlığa sahip kartlar sipariş edildi ve muhtemelen maliyeti biraz artıracağı için empedans kontrolü istemedim ve ayrıca önemli olup olmadığını görmek istedim. Ayrıca, tüm pedlerin güzel ve düz olmasını garanti ettiği için konektörlerin elle lehimlenmesini kolaylaştırmak için daldırma altın kaplamayı seçtim.