NanoPi R1

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1 Introduction

Overview
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  • The NanoPi R1("R1") is a complete open source board developed by FriendlyElec for makers, hobbyists, fans and etc.
  • The NanoPi R1 has one Gbps Ethernet port and one Fast Ethernet port. It has an onboard 2.4G Wi-Fi module. FriendlyElec ported OpenWRT to the R1. With some additional settings it will work like a router.

2 Hardware Spec

  • CPU: Allwinner H3, Quad-core Cortex-A7 Up to 1.2GHz
  • DDR3 RAM: 512MB/1GB
  • Storage: NC/8GB eMMC
  • Network:
    • 10/100/1000M Ethernet x 1，
    • 10/100M Ethernet x 1
  • WiFi: 802.11b/g/n, with SMA antenna interface
  • Bluetooth：4.0 dual mode
  • USB Host: Type-A x2
  • MicroSD Slot x 1
  • MicroUSB: for OTG and power input
  • Debug Serial Port: 3Pin 2.54mm pitch pin-header
  • UART: 4Pin 2.54mm pitch pin-header
  • LED: LED x 3
  • KEY: KEY x 1
  • PC Size: 50.5 x 60mm
  • Power Supply: DC 5V/2A
  • Temperature measuring range: -40℃ to 80℃
  • OS/Software: U-boot，Ubuntu-Core，OpenWRT
  • Weight: xxg

3 Diagram, Layout and Dimension

3.1 Layout

NanoPi R1 Layout NanoPi R1 Layout

3.2 Board Dimension

NanoPi R1-dimensions.png

For more details refer to:NanoPi_R1 pcb file in dxf format

4 Get Started

4.1 Essentials You Need

Before starting to use your NanoPi R1 get the following items ready

  • NanoPi R1
  • MicroSD Card/TF Card: Class 10 or Above, minimum 8GB SDHC
  • MicroUSB 5V/2A power adapter
  • A host computer running Ubuntu 16.04 64-bit system

4.2 TF Cards We Tested

To make your NanoPi R1 boot and run fast we highly recommend you use a Class10 8GB SDHC TF card or a better one. The following cards are what we used in all our test cases presented here:

  • SanDisk TF 8G Class10 Micro/SD High Speed TF card:

SanDisk microSD 8G

  • SanDisk TF128G MicroSDXC TF 128G Class10 48MB/S:

SanDisk microSD 128G

  • 川宇 8G C10 High Speed class10 micro SD card:

chuanyu microSD 8G

4.3 Install OS

4.3.1 Download Image Files

Go to download link to download the image files under the officail-ROMs directory and the flashing utility under the tools directory:

Image Files
f_YYYYMMDD.img.zip FriendlyCore based on UbuntuCore and Linux-3.4 kernel
mhf_YYYYMMDD.img.zip FriendlyCore based on UbuntuCore and Linux-4.14 kernel
Flashing Utility
win32diskimager.rar Windows utility. Under Linux users can use "dd"

4.3.2 烧写Linux系统

4.3.2.1 烧写到TF卡
  • FriendlyCore / FriendlyWrt 等系统都属于 Linux 系统，所以它们的烧写方法是一样。
  • 将 Linux 系统固件和烧写工具 win32diskimager.rar 分别解压，在 Windows 下插入TF卡（限4G及以上的卡)，以管理员身份运行烧写工具 win32diskimager，在烧写工具 win32diskimager 的界面上，选择你的TF卡盘符，选择Linux 系统固件，点击 Write 按钮烧写。

这里以nanopi-r1_sd_friendlycore-xenial_4.14_armhf_YYYYMMDD.img为例，其他系统的烧写操作是类似的，烧写时的界面如下：
win32disk-h3

成功烧写后，会看到如下界面：
win32disk-finish

  • 当制作完成TF卡后，拔出TF卡插入 BOOT 卡槽，上电启动（注意，这里需要5V/2A的供电），你可以看到STAT灯闪烁，这时你已经成功启动系统。
4.3.2.2 烧写到eMMC
4.3.2.2.1 eflasher脱机烧写
  • eflasher的详细说明请参考wiki: EFlasher，请阅读该WiKi以了解eflasher系统的完整功能。
  • 将 eflasher 系统固件和烧写工具 win32diskimager.rar 分别解压，在 Windows 下插入TF卡（限8G及以上的卡)，以管理员身份运行烧写工具 win32diskimager，在烧写工具 win32diskimager 的界面上，选择你的TF卡盘符，选择 eflasher 系统固件，点击 Write 按钮烧写即可。
  • 当制作完成TF卡后，拔出TF卡插入 BOOT 卡槽，上电启动（注意，这里需要5V/2A的供电），你可以看到STAT灯闪烁，说明已经成功启动 eflasher 系统。
  • 对于没有HDMI接口的板子或者不想连接HDMI，可以在命令行终端中通过执行下列命令进行烧写:
$ su root
$ eflasher

root 用户的密码是 fa。

这里以nanopi-r1_eflasher_friendlycore-xenial_4.14_armhf_YYYYMMDD.img为例，执行"eflasher"命令后会出现如下信息：

eflasher_friendlycore1
输入“１”，选择烧写friendlycore系统到eMMC上后，会提示如下信息：

eflasher_friendlycore2_h3
输入“yes”，确定进行烧写：

eflasher_friendlycore3
等待烧写完毕后，断电并从BOOT卡槽中取出TF卡，此时再上电就会从 eMMC 启动系统了。

  • 如果想烧写其他系统映像到 eMMC ，请下载光盘里images-for-eflasher目录，将目录内的压缩包解压到 SD 卡的 FRIENDLYARM 分区。

eflasher_friendlyarm_h3

5 FriendlyCore的使用

5.1 介绍

FriendlyCore，是一个没有X-windows环境，基于Ubuntu core构建的系统，使用Qt-Embedded作为图形界面的轻量级系统，兼容Ubuntu系统软件源，非常适合于企业用户用作产品的基础OS。

本系统除了保留Ubuntu Core的特性以外，还包括以下特性：

  • 集成Qt4.8；
  • 集成NetworkManager网络管理器；
  • 集成bluez等蓝牙相关软件包；
  • 集成alsa相关软件包；
  • 集成命令行系统配置工具npi-config；
  • 集成Python GPIO模块RPiGPIO；
  • 集成Python/C语言编写的demo程序，位于/root目录；
  • 使能512M的swap分区；

5.2 运行FriendlyCore

  • 对于有HDMI接口的板子，如果要在电视上进行操作，您需要连接USB鼠标和键盘。
  • 如果您需要进行内核开发，最好选购一个串口配件，连接了串口，则可以通过串口终端对开发板进行操作。

使用串口模块能有效地提升开发效率，以下是串口模块的连接方法：
接上串口后，请注意串口模块的DC口和NanoPi R1的MicroUSB口都需要供电：
PSU-ONECOM-R1.jpg
也可以使用USB转串口模块调试，请注意需要使用5V/2A电源给开发板MicroUSB供电：
Matrix-USB2UART nanopi R1.jpg

  • FriendlyCore默认帐户：

普通用户： 

   用户名: pi
   密码: pi

Root用户： 

   用户名: root
   密码: fa

默认会以 pi 用户自动登录，你可以使用 sudo npi-config 命令取消自动登录。

  • 更新软件包：
$ sudo apt-get update

5.3 开发Qt应用

请参考 How to Build and Install Qt Application for FriendlyELEC Boards/zh

5.4 开机自动运行Qt示例程序

使用npi-config工具进行开启： 

sudo npi-config

进入Boot Options -> Autologin -> Qt/Embedded，选择Enable然后重启即可。

5.5 扩展TF卡文件系统

第一次启动FriendlyCore系统时，系统会自动扩展文件系统分区，请耐心等待，TF卡/eMMC的容量越大，需要等待的时间越长，进入系统后执行下列命令查看文件系统分区大小： 

df -h

5.6 使用蓝牙传输文件

以传输文件到手机为例进行说明，首先，将你的手机蓝牙设置为可侦测状态，然后执行以下命令开始蓝牙搜索：

hcitool scan


搜索到设备时，结果举例如下：

Scanning ...
    2C:8A:72:1D:46:02   HTC6525LVW

这表示搜索到一台名为HTC6525LVW的手机，我们记下手机名称前面的MAC地址，然后用sdptool命令查看该手机支持的蓝牙服务：

sdptool browser 2C:8A:72:1D:46:02

注：上述命令中的MAC地址请替换成手机实际的蓝牙MAC地址
这个命令会详细列出手机蓝牙所支持的协议，我们需要关心的是一个名为 OBEX Object Push 的文件传输服务，以HTC6525LVW手机为例，其显示结果如下所示：

Service Name: OBEX Object Push
Service RecHandle: 0x1000b
Service Class ID List:
  "OBEX Object Push" (0x1105)
Protocol Descriptor List:
  "L2CAP" (0x0100)
  "RFCOMM" (0x0003)
    Channel: 12
  "OBEX" (0x0008)
Profile Descriptor List:
  "OBEX Object Push" (0x1105)
    Version: 0x0100

从上面的信息可以看到，这个手机的OBEX Object Push服务的所用的频道是12, 我们需要将它传递给obexftp命令，最后发起文件传输请求的命令如下： 

obexftp --nopath --noconn --uuid none --bluetooth -b 2C:8A:72:1D:46:02 -B 12 -put example.jpg

注：上述命令中的MAC地址、频道和文件名请替换成实际的

执行上述命令后，请留意手机屏幕，正常情况下手机会弹出配对和接收文件的提示，确定后就开始文件传輪了。

蓝牙常见问题：
1) 开发板上找不到蓝牙设备, 可尝试用以下命令开启蓝牙：

rfkill unblock 0

2) 提示找不到相关命令，可尝试用以下命令安装相关软件：

apt-get install bluetooth bluez obexftp openobex-apps python-gobject ussp-push

5.7 连接WiFi

无论是SD WiFi还是USB WiFi, 它们的连接方式都是一样的。正基科技的APXX系列芯片属于SD WiFi，另外系统默认也已经支持市面上众多常见的USB WiFi，已测试过的USB WiFi型号如下：

序号 型号
1 RTL8188CUS/8188EU 802.11n WLAN Adapter
2 RT2070 Wireless Adapter
3 RT2870/RT3070 Wireless Adapter
4 RTL8192CU Wireless Adapter
5 小米WiFi mt7601
6 5G USB WiFi RTL8821CU
7 5G USB WiFi RTL8812AU

目前使用 NetworkManager 工具来管理网络，其在命令行下对应的命令是 nmcli，要连接WiFi，相关的命令如下：

  • 切换到root账户
$ su root
  • 查看网络设备列表
$ nmcli dev

注意，如果列出的设备状态是 unmanaged 的，说明网络设备不受NetworkManager管理，你需要清空 /etc/network/interfaces下的网络设置,然后重启.

  • 开启WiFi
$ nmcli r wifi on
  • 扫描附近的 WiFi 热点
$ nmcli dev wifi
  • 连接到指定的 WiFi 热点
$ nmcli dev wifi connect "SSID" password "PASSWORD" ifname wlan0

请将 SSID和 PASSWORD 替换成实际的 WiFi名称和密码。
连接成功后，下次开机，WiFi 也会自动连接。

更详细的NetworkManager使用指南可参考这篇文章： Use NetworkManager to configure network settings

如果你的USB WiFi无法正常工作, 大概率是因为文件系统里缺少了对应的USB WiFi固件。对于Debian系统, 可以在Debian-WiFi里找到并安装USB WiFi芯片的固件。而对于Ubuntu系统, 则可以通过下列命令安装所有的USB WiFi固件: 

$ apt-get install linux-firmware

一般情况下, 各种WiFi芯片的固件都存放在/lib/firmware目录下。


5.8 连接以太网

默认插上网线开机，会自动连接并通过DHCP获取IP地址，如需要配置静态IP地址，请参考 NetworkManager 的相关文档: Use NetworkManager to configure network settings。


5.9 定制命令行的欢迎信息（文字LOGO）

欢迎信息主要是这个目录下的脚本来打印的： 

/etc/update-motd.d/

比如要修改 FriendlyELEC 的大字LOGO，可以修改/etc/update-motd.d/10-header 这个文件，比如要将LOGO改为HELLO，可将以下行： 

TERM=linux toilet -f standard -F metal $BOARD_VENDOR

改为： 

TERM=linux toilet -f standard -F metal HELLO

5.10 修改时区

例如更改为Shanghai时区: 

sudo rm /etc/localtime
sudo ln -ls /usr/share/zoneinfo/Asia/Shanghai /etc/localtime



5.11 连接USB摄像头模块(FA-CAM202)

FA-CAM202是一款200万像素的USB摄像头模块，连接开发板和摄像头，然后上电启动系统，连接网络，以root用户登录终端并编译运行mjpg-streamer: 

$ cd /root/C/mjpg-streamer
$ make
$ ./start.sh

请自行修改start.sh, 确保使用正确的/dev/videoX节点, 下列命令可以用来确定摄像头的video节点: 

$ apt-get install v4l-utils
$ v4l2-ctl -d /dev/video0 -D
# fa-cam202有2个型号
Driver Info (not using libv4l2):
        Driver name   : uvcvideo
        Card type     : HC 3358+2100: HC 3358+2100  / USB 2.0 Camera: USB 2.0 Camera
        Bus info      : usb-1c1b000.usb-1
	...

上述信息表示/dev/video0是摄像头的设备节点。mjpg-streamer是一个开源的网络视频流服务器，在板子上成功运行mjpg-streamer后会打印下列信息: 

$ ./start.sh 
 i: Using V4L2 device.: /dev/video0
 i: Desired Resolution: 1280 x 720
 i: Frames Per Second.: 30
 i: Format............: YUV
 i: JPEG Quality......: 90
 o: www-folder-path...: ./www/
 o: HTTP TCP port.....: 8080
 o: username:password.: disabled
 o: commands..........: enabled

start.sh脚本里执行了下列2个命令: 

export LD_LIBRARY_PATH="$(pwd)"
./mjpg_streamer -i "./input_uvc.so -d /dev/video0 -y 1 -r 1280x720 -f 30 -q 90 -n -fb 0" -o "./output_http.so -w ./www"

mjpg_streamer相关参数的含义如下:
-i: 选择输入插件，input_uvc.so表示从摄像头采集数据;
-o: 选择输出插件，output_http.so表示使用http协议传输数据;
-d: 输入插件的子参数，指定摄像头设备节点;
-y: 输入插件的子参数，指定摄像头采集数据的格式，1:yuyv, 2:yvyu, 3:uyvy 4:vyuy，如果不使用-y参数，则表示采集MJPEG格式;
-r: 输入插件的子参数，指定摄像头采集分辨率;
-f: 输入插件的子参数，指定想使用的摄像头采集fps，具体是否支持依赖于驱动;
-q: 输入插件的子参数，指定libjpeg软编码的图像质量;
-n: 输入插件的子参数, 禁止dynctrls功能;
-fb: 输入插件的子参数, 指定是否在/dev/fbX上显示采集的图像;
-w: 输出插件的子参数, 指定包含网页的目录;

成功运行start.sh脚本后，假设开发板的IP地址为192.168.1.230，在PC的浏览器中输入 192.168.1.230:8080 就能浏览摄像头采集的画面了，效果如下:
mjpg-streamer-cam500a

5.12 查看CPU温度和频率

命令行查看: 

$ cpu_freq 
Aavailable frequency(KHz):
        480000 624000 816000 1008000
Current frequency(KHz):
        CPU0 online=1 temp=26548C governor=ondemand freq=624000KHz
        CPU1 online=1 temp=26548C governor=ondemand freq=624000KHz
        CPU2 online=1 temp=26548C governor=ondemand freq=624000KHz
        CPU3 online=1 temp=26548C governor=ondemand freq=624000KHz

上述信息表示当前有4个CPU核在线, 温度均约为26.5摄氏度, 运行的策略均为根据需求来决定运行频率, 当前的运行频率均为624MHz，设置频率的命令如下： 

$ cpu_freq -s 1008000
Aavailable frequency(KHz):
        480000 624000 816000 1008000
Current frequency(KHz):
        CPU0 online=1 temp=36702C governor=userspace freq=1008000KHz
        CPU1 online=1 temp=36702C governor=userspace freq=1008000KHz
        CPU2 online=1 temp=36702C governor=userspace freq=1008000KHz
        CPU3 online=1 temp=36702C governor=userspace freq=1008000KHz

上述命令将４个CPU核的频率设置为1008MHz。



5.13 Docker在armhf系统下的安装与使用

5.13.1 安装 Docker

执行下列命令：

sudo apt-get update
sudo apt-get install docker.io

5.13.2 测试 Docker

执行下列命令运行一个简单的docker image: 

git clone https://github.com/friendlyarm/debian-jessie-arm-docker
cd debian-jessie-arm-docker
./rebuild-image.sh
./run.sh

5.14 使用RTC

NanoPi-R1提供了RTC电池接口，使用系统的RTC功能需要连接CR2032带线RTC纽扣电池给板子的RTC电路供电，电池连接如下图所示：
NanoPi R1-RTC-BAT.png
RTC电池座尺寸规格书

      • 待完善****

6 How to Use OpenWrt

6.1 Introduction

OpenWrt is a highly extensible GNU/Linux variant for embedded devices. Unlike many other distributions for routers, OpenWrt is built from the ground up to be a full-featured, easily modifiable OS for a router. In practice this means you can have all the features with none of the bloat, powered by a Linux kernel that is more recent than most other distributions.

6.2 Run OpenWrt

6.2.1 Log in OpenWrt

  • If you want to do kernel development you'd better get a serial communication board and connect this board to your R1.

Here is a hardware setup.
When your R1's serial port is connected to a serial board you can power your board from its MicroUSB port:
PSU_ONECOM-R1 USB2UART-R1

  • By default a user logs in as root without a password. You can set the root's password by commanding "passwd".

R1-login

  • Run the following commands to install a language package(in our test we installed a Chinese package):
 opkg update
 opkg install luci-i18n-base-zh-cn
  • By default a NanoPi R1 that runs OpenWrt is used as a secondary router. You can check its IP address from a main router by commanding "ifconfig" in a commandline utility(in our test the IP address was 192.168.1.163), type its IP address in the address bar of a browser to load the OpenWrt-LiCI page and type your user account and password to login(by default the password is not set and you can login without a password by clicking on the "Login" button).

R1-OpenWrt-LuCI

6.2.2 Configure WAN and LAN

  • After login, navigate to the top of the page, click on Network ---> Interfaces, and click on "WAN" and "LAN" to configure WAN and LAN.

R1_Interfaces_WAN R1_Interfaces_LAN

6.2.3 Configure Wireless

  • After login, navigate to the top of the page, click on Network ---> Wireless, enter the configuration page for WiFi hotspot and click on "Edit" to configure WiFi hotspot.

R1-Wireless

  • Go to Interface Configuration ---> General Setup ---> ESSID and you can change your wifi hotspot's name. After you make your change click on Save & Apply to save your change.

R1-Wireless-ESSID

  • Go to Interface Configuration ---> Wireless Security and you can reset your WiFi hotspot's Encryption. You can reset your WiFi hotspot's password in the "Key" field and click on Save & Apply to save your change.

R1-Wireless-Key

  • Go to Network ---> Wireless and you can check all the available WiFi hotspot devices listed in "Associated Stations".

R1-Wireless-Associated Stations


7 Developer's Guide

7.1 Compile Linux BSP

  • Linux-4.14

The NanoPi R1 currently works with Linux-4.14 which is mainly maintained by open source communities. FriendlyElec customized this kernel to make it better work with the NanoPi R1. You can refer to this page for more details about how to compile this BSP:Building U-boot and Linux for H5/H3/H2+

7.2 Make Your Own OS Image

7.3 OpenWrt

7.4 WiringNP

The wiringPi library was initially developed by Gordon Henderson in C. It contains libraries to access GPIO, I2C, SPI, UART, PWM and etc. The wiringPi library contains various libraries, header files and a commandline utility:gpio. The gpio utility can be used to read and write GPIO pins.
FriendlyElec integrated this utility in FriendlyCore system allowing users to easily access GPIO pins. For more details refer to WiringNP

8 Resources

8.1 Schematics and Datasheets

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