梦回2004!我用全志V3s做了个成本100元,功能媲美MP4的随身终端

发布时间:2024年01月15日

本项目是基于全志V3S的随身终端(类似MP4),命名为V3S-PI,开发板使用四层板制作,全板采用0603电容电阻,相较于0402,制作更为方便,同时成本可压缩至100以内。

项目简介

开发板选用全志V3S为主控,V3s单核Cortex-A7带有硬件浮点计算,且芯片内封64Mbyte DDR2,无需再外挂DDR2芯片,极大程度上为开发板的走线设计降低了难度。

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开发板的外设以及功能有将近10个:获取天气、连耳机播放音乐、10M/100M以太网接口、连wifi、接入SD卡、调整屏幕亮度、按键控制、外接其他设备、1转4USB HUB......

由于开发板设计功能繁多,为了教会大家自己DIY开发板,作者将项目整体拆分为了6大部分,分别为项目特性、软件开源、硬件开源、软件方案、开源网址,来对开发板整体设计进行全面介绍和详细讲解电路原理。

项目特性

  • 全志V3S主控,采用单核Cortex-A7,带硬件浮点
  • 芯片内封64Mbyte DDR2,无需外挂DDR2
  • 支持RTL8723BS 2.4G WIFI
  • 通过CH334R扩展双USB口
  • 耳机接口采用V3S内置声卡
  • 支持10M/100M以太网接口
  • 支持SDMMC接口,用于启动系统
  • 支持CH340N 串口转USB,用于连接串口终端
  • 支持LRADC,四个ADC按键
  • 2.4寸LCD彩屏,使用SPI接口
  • 2x8扩展接口,用于扩展I2C/UART

软件开源

在目前网上资料的基础上,作者自行移植了主线内核Uboot以及root。目前仅支持SD卡以及SPI Nor启动,SPI Nand启动请不要参考当前代码。

1、UBoot快速启动:

git clone https://gitee.com/fhcloud/uboot-v3s
cd uboot-v3s
make v3s_pi_defconfig
make

输出的文件在源码根目录:

u-boot-sunxi-with-spl.bin

2、Linux快速启动:

git clone https://gitee.com/fhcloud/linux-v3s
cd linux-v3s
make v3s_pi_defconfig
make

输出的内核文件在:

arch/arm/boot/zImage

输出的设备树请使用:

arch/arm/boot/dts/sun8i-v3s-pi.dtb

3、Buildroot快速启动:

git clone https://gitee.com/fhcloud/buildroot-v3s.git
cd buildroot-v3s
make v3s_pi_defconfig
make

输出的文件在:

output/images/rootfs.tar

硬件开源

硬件采用四层板设计,下面会将电路拆分为11部分,逐一说明。

微信图片_20240115094646.png

主控部分

本项目主控采用全志V3S,需要注意的是,R3/R5电阻需使用1%,同时,EPHY存在两组电压。

微信图片_20240108132631.png

ADC按键

板载四个ADC按键,电压跨度为0.2V,通过分压电阻实现。

微信图片_20240108132636.png

2x16 PIN扩展接口

此处通过排针,引出了8个扩展接口,包含了一个串口/一个I2C总线,可用于外接其他设备。

微信图片_20240108132639.png

辅助供电

板载四组供电芯片,分别产生3.0V、3.3V、1.8V、1.2V,其中:

  • 3.0V用于PLL以及AVCC模拟供电
  • 3.3V负责芯片IO以及其他外设供电
  • 1.8V用于内存供电
  • 1.2V用于V3S核心主控供电。
  • 三路DCDC最大输出电流2A。

微信图片_20240108133108.png

WiFi模块

板载2.4G WIFI模块,使用RTL8723BS模块,V3S与WIFI模块之间采用SDIO接口连接,引出一个IPEX接口用于外接天线,R20-R27为SDIO和芯片要求的上拉电阻,C50/C51/C70为外围滤波电容,模块采用3.3V供电。

微信图片_20240108133113.png

10/100M以太网接口

百兆以太网需要使用两组差分,分别为RX/TX差分。以太网PHY一般带自动翻转功能,所以RX/TX可以对调。V3S以太网使用电压驱动,只需在网口变压器中心抽头处加100NF电容到地即可。内部封装的电阻和2KV电容用于泄放主板的静电,防止高压打坏主控芯片。

R28/R29为LED限流电阻,SH1 SH2为外壳,直接接地即可。

微信图片_20240108133117.png

2.4寸LCD彩屏

2.4寸彩屏通过SPI与主控进行通信,PE8接彩屏重置线。PE9接DC用于区分数据/指令。

LEDA为背光阳极,LEDK接Q1 MOS,用于主控控制背光开关,屏幕通过焊锡焊接到PCB板上。

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CH340串口转USB

使用CH340N芯片,实现串口转USB,用于电脑连接终端。

R30/R31用于确保双头TYPEC线正常供电,D1为TVS,用于保护USB接口,此处使用3.3V供电,所以CH340N的VCC和V3需要连接到一起,同时增加100nf电容。

微信图片_20240108133126.png

CH334R 1转4 USB HUB

通过CH334R芯片,实现一转四个USB Host口,此处采用统一供电,所以VDD33与V5连接到一起即可。

  • XI XO输入12Mhz晶振
  • DPU/DMU接上行USB口

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耳机接口

耳机接口采用PJ-342接口,带音频和录音:

微信图片_20240108133133.png

SD卡接口

SD卡接口用于插入MicroSD卡,R32-R36为SD卡上拉电阻,这里CLK不需要上拉,否则可能会影响SDIO通信。

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软件设计

软件方案主要讲这8个部分:Linux内核、2.4寸LCD彩屏驱动、USB、以太网、无线网卡RTL8723BS、ADC按键、音频播放、libcurl。

Linux内核

内核采用Linux5.15.143主线内核,在其基础上,修改了部分代码,适配V3S大部分外设。

2.4寸 LCD裁判驱动

LCD彩屏使用SPI接口与主控连接,由于各家屏幕初始化代码不同,所以st7735r.c文件在原来的基础上,我们只需修改st7735r_pipe_enable这个函数中的代码即可。

  • 软件部分采用TinyDRM,与传统的fbtft相比,不再是固定帧率刷新。
  • 采用DRM架构,可以与新架构程序更快集成。

修改完成的代码参考下方文件,设备树配置参考:


&spi0 {
       status = "okay";
       pinctrl-names = "default";
       pinctrl-0 = <&spi0_pins>;


       display@0 {
        compatible = "jianda,jd-t18003-t01";
        reg = <0>;
           spi-max-frequency = <95000000>;


        backlight = <&panel_backlight>;
        dc-gpios = <&pio 4 9 0>; // PE9
        reset-gpios = <&pio 4 8 0>; // PE8
        rotation = <0>;
    };
};

除spi外,需要添加一个背光节点,这样就可以在用户层操作背光:

panel_backlight: panel-backlight {
              compatible = "gpio-backlight";
        gpios = <&pio 4 7 GPIO_ACTIVE_HIGH>; // PE7
              default-on;
              status = "okay";
       };

USB接口

设备树配置参考:


&usb_otg {
       dr_mode = "host"; // peripheral
       status = "okay";
};


&usbphy {
       status = "okay";
};

除引用节点外,一定要添加ochi/echi,不然USB插入会没有反应:

soc {
              ehci0: usb@01c1a000 {
                     compatible = "allwinner,sun8i-v3s-ehci", "generic-ehci";
                     reg = <0x01c1a000 0x100>;
                     interrupts = <GIC_SPI 72 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
                     clocks = <&ccu CLK_BUS_EHCI0>, <&ccu CLK_BUS_OHCI0>;
                     resets = <&ccu RST_BUS_EHCI0>, <&ccu RST_BUS_OHCI0>;
                     status = "okay";
              };


              ohci0: usb@01c1a400 {
                     compatible = "allwinner,sun8i-v3s-ohci", "generic-ohci";
                     reg = <0x01c1a400 0x100>;
                     interrupts = <GIC_SPI 73 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
                     clocks = <&ccu CLK_BUS_EHCI0>, <&ccu CLK_BUS_OHCI0>,
                     <&ccu CLK_USB_OHCI0>;
                     resets = <&ccu RST_BUS_EHCI0>, <&ccu RST_BUS_OHCI0>;
                     status = "okay";
              };
       };

以太网

直接引用DTSI文件中的emac节点即可,设备树参考:


&emac {
       allwinner,leds-active-low;
       status = "okay";
};

无线网卡RTL8723BS

Linux下SDIO架构类似于USB,设备插入后,如果有对应驱动,会自动加载。

所以设备树中,我们只需要配置好MMC1接口,然后编译对应的驱动ko,在rootfs中加载即可。

&emac {&mmc1 {
       broken-cd;
       bus-width = <4>;
       vmmc-supply = <&reg_vcc3v3>;
       status = "okay";
};
       allwinner,leds-active-low;
       status = "okay";
};

编译完成的ko文件在buildroot的overlay目录下面,可以参考下方资料:

微信图片_20240108133141.png

r8723bs.ko就是编译完成的内核模块,此处的模块backport了5.19内核的驱动,相比于5.15的驱动更加稳定。

除ko文件外,此处还需要加载网卡固件,参考下方目录:

微信图片_20240108133144.png

连接WIFI请参考下方脚本:

[root@buildroot ~]# cat conn.sh
modprobe r8723bs.ko
wpa_supplicant -B -i wlan0 -c /etc/wpa_supplicant.conf
udhcpc -i wlan0

配置文件请参考下方:

ctrl_interface=/var/run/wpa_supplicant
ap_scan=1


network={
        ssid="###############"
        psk="###############"
}

音频播放

Buildroot中集成了alsa,默认声卡会静音状态,打开终端,输入alsamixer,首先解除静音。

在当前界面,选中Headphone,然后按下M键 解除静音,然后使用键盘↑,调整音量到合适大小即可,界面可参考:

微信图片_20240108133147.png

调整完成后,输入mpv 文件名 --no-video,插入耳机,即可实现音乐播放:


[root@buildroot ~]# mpv 2.flac --no-video
     Video --vid=1 [P] (mjpeg 500x500 1.000fps)
 (+) Audio --aid=1 (flac 2ch 48000Hz)
File tags:
 Album: 西厢寻他
 Title: 西厢寻他
 Track: 1
AO: [alsa] 48000Hz stereo 2ch s32
A: 00:00:04 / 00:03:43 (2%)


Exiting... (Quit)

命令提示符显示当前目录,编辑/etc/profile文件,添加一行,然后export /etc/profile重新加载配置即可:

export PS1='[\u@\h \w]\$ '

开源资料获取

本项目所有资料均已开源,软硬件都开源了,想获取资料自己DIY学习的伙伴,请前往?V3S-PI 基于全志V3S的随身终端 - 嘉立创EDA开源硬件平台?获取。

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文章来源:https://blog.csdn.net/weixin_43094346/article/details/135594775
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