NanoPi

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1 介绍

Overview
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NanoPi是友善之臂专门为嵌入式Linux爱好者、创客、玩家设计的一款低功耗ARM主控板,它的尺寸只有Raspberry Pi(RPi)的一半大小,并且兼容RPi的GPIO接口,NanoPi集成无线WiFi和蓝牙4.0模块,并带有并行摄像头接口,和全彩LCD接口,可从TF卡运行Linux/Debian系统,非常适合物联网、无线智能小车、机器人、图像识别、人机界面等应用开发。

2 资源特性

  • CPU: Samsung S3C2451, 运行主频400Mhz
  • RAM: 64M DDR2
  • 集成SDIO WiFi蓝牙模块
  • USB Type A x1
  • 调试串口 x1
  • microSD Slot x1
  • microUSB x1: 支持供电和数据传输,可模拟为串口和以太网
  • LCD接口: 0.5mm间距贴片FPC座,支持全彩LCD (RGB:8-8-8)
  • DVP Camera接口:0.5mm间距竖直贴片FPC座,包含ITU-R BT 601/656 8-bit,I2C和IO
  • GPIO1: 2.54mm间距,40pin, 兼容RPi的GPIO,含UART, SPI, I2C, IO等管脚资源
  • GPIO2: 2.54mm间距, 12pin, 含I2S, I2C, UART等管脚资源
  • PCB 尺寸: 75 x 30 mm
  • 供电: DC 5V
  • 软件支持: u-boot, Linux-4.1, Debian

3 接口布局和尺寸

3.1 接口布局

NanoPi接口布局
  • GPIO1 管脚定义
NanoPi GPIO Header
  • GPIO2 管脚定义
Pin# Name Pin# Name
1 VDD_5V 2 VDD_SYS_3.3V
3 TXD2 4 RXD2
5 SDA0 6 SCL0
7 IISSDO0 8 IISSDI0
9 IISSCLK0 10 IISLRCK0
11 IISCDCLK0 12 DGND
  • Debug Port CON1(UART0)
Pin# Name
1 DGND
2 VDD_5V
3 TXD0
4 RXD0
  • DVP Camera IF 管脚定义
Pin# Name
1, 2 VDD_SYS_3.3V
7,9,13,15,24 DGND
3 SCL0
4 SDA0
5 GPH13
6 GPJ12
8 XCLK
10 NC
11 VSYNC
12 HREF
14 PCLK
16-23 Data bit7-0
  • RGB LCD IF 管脚定义
Pin# Name
1, 2 VDD_5V
11,20,29 DGND
3-10 Blue LSB to MSB
12-19 Green LSB to MSB
21-28 Red LSB to MSB
30 GPG12
31 GPG2
32 XnRSTOUT Form CPU
33 VDEN
34 VSYNC
35 HSYNC
36 LCDCLK
37,38,39,40 XM,XP,YM,YP
说明
  1. VDD_SYS_3.3V: 3.3V电源输出
  2. VDD_5V: 5V电源输入/输出。当电压大于MicroUSB时,向板子供电,否则板子从MicroUSB取电。输入范围:4.7~5.6V。
  3. 更详细的信息请查看原理图:NanoPi-1507-Schematic.pdf

3.2 机械尺寸

NanoPi 机械尺寸

需要更详细的尺寸请下载: NanoPi-1507-Dimesions(dxf).zip

4 快速入门

4.1 准备工作

要开启你的NanoPi新玩具,请先准备好以下硬件

  • NanoPi主板
  • microSD卡/TF卡: 最小系统需要64M
  • microUSB线
  • 一台运行Linux的电脑,需要联网

4.2 制作一张带运行系统的microSD卡

  • 1) 将microSD插入Ubuntu的电脑,用以下命令查看你的SD卡设备名
dmesg | tail

当dmesg输出类拟信息 sdc: sdc1 sdc2时,则表示SD卡对应的设备名为 /dev/sdc,也通过用命令cat /proc/partitions来查看。

  • 2) 下载固件并制作microSD卡
git clone https://github.com/friendlyarm/sd-fuse_nanopi.git
cd sd-fuse_nanopi
su
./fusing.sh /dev/sdx

(注:/dev/sdx请替换为实际的SD卡设备文件名)

4.3 运行系统

将制作好的microSD卡插入NanoPi,使用microUSB线连接电脑,NanoPi会上电自动开机,看到板上的蓝色LED亮起,这说明系统已经开始正常运行了。

4.4 通过microUSB登陆NanoPi

用microUSB线将NanoPi连接到电脑后,在电脑上敲入dmesg命令,看到以下输出信息表示连接成功:

[12601.100339] usb 2-1.7: Product: FriendlyARM Gadget v2.4
[12601.100343] usb 2-1.7: Manufacturer: Linux 4.1.2-FriendlyARM with s3c-hsudc
[12601.103192] cdc_acm 2-1.7:2.0: This device cannot do calls on its own. It is not a modem.
[12601.103368] cdc_acm 2-1.7:2.0: ttyACM0: USB ACM device
[12601.105300] cdc_ether 2-1.7:2.2 usb0: register 'cdc_ether' at usb-0000:00:1d.0-1.7, CDC Ethernet Device, 46:a1:e7:6d:5c:32

在电脑上输入ifconfig命令,可以看到多了一个usb0的网络设备,这时可以通过ssh到192.168.100.1这个地址来登录NanoPi:

ssh root@192.168.100.1

在提示输入密码时,输入预设的密码fa,即可登入。

4.5 配置使用Wi-Fi

使用ssh连接NanoPi,输出以下命令配置WiFi:

wpa_passphrase YourWiFiESSID 'YourWiFiPassword' >> /etc/wpa.conf
wpa_cli -iwlan0 reconfigure

其中,YourWiFiESSID和YourWiFiPassword请替换成你要连接的无线AP名称和密码, 以后每次开机,都会自动连接该WiFi,你可以通过编辑 /etc/wpa.conf 调整无线AP的设置, 默认是通过dhcp的方式获得IP地址,如果你想更改成静态设置IP地址,可编辑 /usr/sbin/wpa_action,将其中的udhcpc调用改成使用ifconfig命令来设置。

4.5.1 扫描无线AP

用以下命令搜索周边的无线AP:

wpa_cli -iwlan0 scan
wpa_cli -iwlan0 scan_result


5 如何编译系统

5.1 安装交叉编译器

git clone https://github.com/friendlyarm/prebuilts.git
tar xvzf prebuilts/gcc/arm-linux-gcc-4.4.3.tar.gz -C /

然后将编译器的路径加入到PATH中,用vi编辑vi ~/.bashrc,在末尾加入以下内容:

export PATH=/opt/FriendlyARM/toolschain/4.4.3/bin/:$PATH

执行一下~/.bashrc脚本让设置立即在当前shell窗口中生效,注意"."后面有个空格:

. ~/.bashrc

5.2 编译U-Boot

下载U-Boot源代码并编译,注意分支是nanopi:

git clone https://github.com/friendlyarm/uboot_nanopi.git
cd uboot_nanopi
git checkout nanopi
make nanopi_config
make

编译成功结束后您将获得u-boot.bin, 如果想马上就测试u-boot,可使用脚本fusing.sh烧写新的u-boot 到SD 卡。
假设您的 SD 卡对应设备名是/dev/sdd,以root运行以下命令:

su
./fusing.sh /dev/sdd

注意:以上操作会破坏SD卡的数据,请先进行备份。

5.3 编译Linux kernel

5.3.1 下载内核源代码

git clone https://github.com/friendlyarm/linux-4.x.y.git

适应于NanoPi的分支是nanopi-v4.1.y,在开始编译前,请检查当前分支是否正确,如果不是则需要先checkout。

cd linux-4.x.y
git checkout nanopi-v4.1.y

5.3.2 配置并编译内核

cd linux-4.x.y
make nanopi_defconfig
touch .scmversion
make

如果您的PC是多核的CPU,可以make的参数"-j, --jobs" 来加快编译,例如:

make -j8

编译成功结束后,新生成内核烧写文件为 arch/arm/boot/zImage 。

5.3.3 编译内核模块

目前的内核配置会编译生成内核模块,如ipv6、netfilter,通常在编译内核时,内核模块(.ko)已经编译,如果您有新的内核模块或者内核配置有变化,则需要编译安装内核模块并打包成 kernel-modules.tgz,然后替换Rootfs下的 basefs/kernel-modules.tgz。
以root用户运行以下命令安装.ko到/tmp/nanopi-modules 。

make INSTALL_MOD_PATH=/tmp/nanopi-modules modules_install

接下来可对内核模块进行strip,然后创建压缩包。

cd /tmp/nanopi-modules/lib/
find . -name \*.ko | xargs arm-linux-strip --strip-unneeded
tar czvf kernel-modules.tgz modules/

如果想测试新编译的内核模块,也可以解压压缩包或复制modules 到已制作好的能启动NanoPi的SD卡的rootfs下的/lib 目录。 假设SD卡的rootfs已经mount到 /media/fa/NANOPI,以root 运行以下命令:

rm -rf /media/fa/NANOPI/lib/modules/
tar xzvf kernel-modules.tgz -C /media/fa/NANOPI/lib/

5.4 编译制作Rootfs

5.4.1 下载源文件

git clone https://github.com/friendlyarm/rootfs_nanopi.git

适应于NanoPi的分支是nanopi,在开始编译前,请检查当前分支是否正确,如果不是则需要先checkout。

cd rootfs_nanopi
git checkout nanopi

5.4.2 编译Rootfs

下载Rootfs的源文件后,只需要只以root用户运行以下命令即可。

cd rootfs_nanopi
make && make install

如果您的PC是多核的CPU,可以make的参数"-j, --jobs" 来加快编译,也可以先定义alias,例如:

make -j8 && make -j8 install
alias make='make -j8'

编译成功结束后,将看到以下信息,重点是编译好的rootfs 存放位置。

RootFS (core) successfully installed to:
   /tmp/FriendlyARM/nanopi/rootfs
 
Copyright 2015 FriendlyARM (http://www.arm9.net/)

如果没有看到以上信息,则说明编译失败了,请检查编译时显示的信息以定位是编译哪部分时出错了,同时还请检查PC的开发环境。
编译生成的rootfs中的可执行程序和库是包含调试用的符号信息,可去除这些符号信息来减小rootfs的体积。

make strip

5.4.3 创建压缩包

cd /tmp/FriendlyARM/nanopi
tar czvf rootfs.tgz rootfs/

5.5 制作可启动的microSD卡

5.5.1 下载源代码

git clone https://github.com/friendlyarm/sd-fuse_nanopi.git

适应于NanoPi的分支是master,在开始编译前,请检查当前分支是否正确,如果不是则需要先checkout。

cd sd-fuse_nanopi
git checkout master

5.5.2 烧写U-Boot和Linux kernel到SD卡

prebuilt目录下已包含编译好的u-boot.bin 和 zImage,使用脚本fusing.sh 即可快速的创建SD卡的分区,同时再将它们烧写到卡上。
以下操作将破坏您卡上已有的数据,请先进行备份。
准备好后,假设SD卡的设备名是 /dev/sdd,以root用户运行以下命令即可。

cd sd-fuse_nanopi
./fusing.sh /dev/sdd

由于修改了SD卡的分区表,在烧写rootfs 前需要使新的分区表生效,可以重新插拨一次卡,也可以使用以下命令:

partx -u /dev/sdd

然后,您可以查看 /proc/partitions 是否包含 2 个分区,其中较大的分区 sdd2 将用于存放 rootfs。

5.5.3 烧写Rootfs

prebuilt目录下已包含编译好的rootfs.tgz, 检查分区正确后,可使用脚本 mkrootfs.sh 来格式化SD卡分区并烧写rootfs,请以root用户运行以下命令。

./mkrootfs.sh /dev/sdd

烧写成功完成后,这张SD卡即可用于启动NanoPi。

5.5.4 使用自己编译的文件

在成功编译U-Boot、Linux kernel和Rootfs后,只需要把生成的文件即u-boot.bin、zImage、rootfs.tgz复制到prebuilt 目录,替换原文件,再重新全部烧写一次即可。

5.5.5 更新U-Boot环境变量

制作好的SD启动NanoPi 后,如果通过串口在U-Boot命令模式下修改了环境变量,如bootargs,现在想要把这个修改后的环境用于制作其它新的SD卡,则需要把保存在卡的U-Boot环境变量数据读出来,替换掉prebuilt 下的 sdenv.raw,然后烧写新的SD卡即可。

./readenv.sh /dev/sdd
cp sdenv.raw prebuilt/

5.5.6 关于SD卡RAW文件

由于CPU S3C2451的iROM 是从SD卡的尾部来读取Bootloader,且普通SD卡和SDHC卡的位置不同,而不同品牌或是不同容量的SD卡的大小又是不同的,因此没办法创建适应不同卡的RAW文件。
如果您有一批大小完全一致的SD卡,可使用工具如linux下的dd 读取已经制作好的SD 卡的全部数据,保存为RAW文件,然后将此文件写入其它大小相同的SD卡。
另外,由于现在的SD卡容量通常都比较大,对于8 GB的SD卡,写一个RAW文件将需要较长时间,而目前的rootfs实际只有 ~23 MB,因此直接使用脚本制作SD卡将更快。

6 扩展连接

6.1 连接使用摄像头模块

6.2 连接使用TFT LCD

6.3 连接使用Matrix入门DIY套件

7 玩转NanoPi

7.1 制作一台4.3英寸小电脑

7.2 制作无线智能小车

8 资源链接