Difference between revisions of "NanoPi K2"

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* A special feature of the NanoPi K2 is that it supports DVFS and can play high-definition video steams stably and smoothly. It is a good platform for applications such as advertisement machines, TV boxes, home entertainment appliances, multi-media devices and etc.
 
* A special feature of the NanoPi K2 is that it supports DVFS and can play high-definition video steams stably and smoothly. It is a good platform for applications such as advertisement machines, TV boxes, home entertainment appliances, multi-media devices and etc.
  
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* CPU: Amlogic S905, Quad-core ARM Cortex-A53@1.5GHz, DVFS
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* SoC: Amlogic S905, Quad-core ARM Cortex-A53@1.5GHz, DVFS
 
* GPU: Penta-core ARM Mali™-450
 
* GPU: Penta-core ARM Mali™-450
 
* RAM: 2GB DDR3
 
* RAM: 2GB DDR3

Revision as of 02:27, 13 April 2017

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1 Introduction

NanoPi K2-1.jpg
NanoPi K2-2.jpg
NanoPi K2-3.jpg
  • FriendlyElec's NanoPi K2 uses Amlogic's 64-bit quad-core A53 S905 SoC. This SoC has internal Mali450 GPU. S905's dynamic frequency scales up to 2G Hz. Its most significant feature is that it supports various video formats and has strong video decoding capability
  • The NanoPi K2 has 2GB DDR3 RAM, onboard WiFi & Bluetooth, 1000M Ethernet, USB, HDMI, IR and etc. It has a socket for external eMMC. It boots OS from a TF card. It has the same form factor and layout of interfaces and ports as the RPi 3. An Android image is ready for K2. Later on a Ubuntu image will be ready.
  • A special feature of the NanoPi K2 is that it supports DVFS and can play high-definition video steams stably and smoothly. It is a good platform for applications such as advertisement machines, TV boxes, home entertainment appliances, multi-media devices and etc.

2 Hardware Spec

  • SoC: Amlogic S905, Quad-core ARM Cortex-A53@1.5GHz, DVFS
  • GPU: Penta-core ARM Mali™-450
  • RAM: 2GB DDR3
  • 以太网: 10/100/1000M (RTL8211F)
  • Wireless：802.11 b/g/n
  • Bluetooth：4.0 dual mode
  • 天线: Wi-Fi和蓝牙共用, 板载陶瓷天线, 同时提供IPX接口
  • 红外：板载红外接收模块
  • 音频：Via HDMI/蓝牙
  • eMMC: 板载eMMC模块接口
  • I2S：板载I2S接口, 7Pin, 2.54mm排针
  • SD: microSD卡槽一个
  • USB Host: 4 x USB 2.0 Host, 标准A型接口
  • Micro USB: 1 x USB 2.0, 有OTG功能, 可作为电源输入和数据传输
  • HDMI: HDMI 2.0, Type-A型口, 支持4K显示
  • GPIO扩展接口: 40 Pin,2.54mm排针, 包含I2C, ADC, GPIO, UART, PWM, SPDIF, CVBS等
  • 调试串口：4Pin，2.5mm单排针
  • 按键：电源按键一个
  • LED：电源指示灯一个, 系统状态指示灯一个
  • 电源接口：DC电源接口, microUSB接口
  • PCB Size:56x85mm，6层，沉金工艺
  • 供电: DC 5V/2A

3 接口布局和尺寸

3.1 接口布局

NanoPi-K2接口布局
  • GPIO管脚定义
Pin# Name Pin# Name
1 SYS_3.3V 2 VDD_5V
3 GPIODV_24/I2C_SDA_A 4 VDD_5V
5 GPIODV_25/I2C_SCK_A 6 GND
7 GPIOY_0 8 GPIOY_13/UART_TX_C
9 DGND 10 GPIOY_13/UART_RX_C
11 GPIOY_1 12 GPIOY_16/PWM_A
13 GPIOY_2 14 GND
15 GPIOY_3 16 GPIOY_15/PWM_F
17 SYS_3.3V 18 GPIOY_4
19 GPIOY_5 20 GND
21 GPIOY_7 22 GPIOY_6
23 GPIOY_9 24 GPIOY_8
25 DGND 26 GPIOY_10
27 GPIODV_26/I2C_SDA_B 28 GPIODV_27/I2C_SCK_B
29 GPIOY_11/SPDIF_IN 30 GND
31 GPIOAO_5 32 GPIOY_12/SPDIF_OUT
33 GPIOH_3 34 GND
35 GPIOCLK_1 36 CVBS
37 AIN1 38 1.8V Vref Out
39 GND 40 AIN0
  • eMMC接口管脚定义
Pin# Name Pin# Name
1 eMMC_D0 2 eMMC_D1
3 eMMC_D2 4 eMMC_D3
5 eMMC_D4 6 eMMC_D5
7 eMMC_D6 8 eMMC_D7
9 eMMC_DS 10 GND
11 eMMC_CMD 12 eMMC_CLK
13 NC 14 GND
15 NC 16 1.8V OUT
17 eMMC_RST 18 3.3V OUT
19 GPIOY_5 20 GND
  • Debug Port（UART0）
Pin# Name
1 GND
2 VDD_5V
3 UART_TX_AO_A
4 UART_RX_AO_A
  • 7Pin I2S接口定义
Pin# Name
1 GND
2 SYS_3.3V
3 I2S_SCLK
4 I2S_LRCLK
5 I2S_DATA_OUT
6 I2S_DATA_IN
7 I2S_MCLK
说明
  1. SYS_3.3V: 3.3V电源输出
  2. VDD_5V: 5V电源输入/输出。输入范围：4.7～5.6V
  3. 全部信号引脚均为3.3V电平
  4. 更详细的信息请查看原理图：NanoPi-K2-1701-Schematic.pdf

3.2 机械尺寸

NanoPi K2 Dimensions

详细尺寸：NanoPi-K2-1701-dxf.zip

4 快速入门

4.1 准备工作

启动NanoPi K2前，请先准备好以下硬件

  • NanoPi K2主板
  • TF卡: Class10或以上的 8GB SDHC卡
  • 一个DC接口的外接电源，要求输出为5V/2A
  • 一台支持HDMI输入的显示器或者电视
  • 一套USB键盘鼠标
  • 一台电脑，需要联网，建议使用Ubuntu 14.04 64位系统

4.2 经测试使用的TF卡

制作启动NanoPi K2的TF卡时，建议Class10或以上的 8GB SDHC卡。以下是经友善之臂测试验证过的高速TF卡：

  • SanDisk闪迪 TF 8G Class10 Micro/SD 高速 TF卡：

SanDisk MicroSD 8G

  • SanDisk闪迪 TF128G 至尊高速MicroSDXC TF 128G Class10 48MB/S:

SanDisk MicroSD 128G

  • 川宇 8G手机内存卡 8GTF卡存储卡 C10高速class10 micro SD卡：

chuanyu MicroSD 8G

4.3 制作一张带运行系统的SD卡

4.3.1 快速从SD卡启动NanoPi K2

首先访问下载地址1下载需要的固件文件：

  • 您需要准备一张4G或以上容量的SDHC卡，该卡的已有数据将会被破坏，因此请先对SD卡上的数据进行备份。
固件文件列表：
s905-android-sd4g-YYYYMMDD.img.zip Android5.1系统固件
烧写工具：
win32diskimager.rar Windows平台下的烧写工具，Linux系统可以用dd命令
  • 将固件和烧写工具分别解压，在Windows下插入SD卡（限8G及以上的卡)，以管理员身份运行 win32diskimager 工具， 在win32diskimager工具的界面上, 选择你的SD卡盘符，选择你要烧写的系统固件，点击 Write 按钮烧写即可。
  • 当制作完成 SD 卡后，拔出 SD 卡插入 NanoPi K2 的 BOOT 卡槽，上电启动（注意，这里需要 5V/2A 的供电），你可以看到绿灯以及蓝灯长亮，这时你已经成功启动 NanoPi K2。

4.3.2 在Linux Desktop下通过脚本制作

  • 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Linux下的制作脚本
git clone https://github.com/friendlyarm/sd-fuse_amlogic.git
cd sd-fuse_amlogic
  • 3) 以下是制作启动Android的SD卡的方法
su
./fusing.sh /dev/sdx

(注：/dev/sdx请替换为实际的SD卡设备文件名)
制作包中未包含Android烧写文件，第一次使用时会提示需要下载，输入Y下载，N或10秒未输入则取消。

4.3.3 NanoPi K2 扩展TF卡分区

  • Android扩展分区，要在pc上执行下列操作：
sudo umount /dev/sdx?
sudo parted /dev/sdx unit % resizepart 4 100 unit MB print
sudo resize2fs -f /dev/sdx4

(注：/dev/sdx请替换为实际的SD卡设备文件名)

4.3.4 关于HDMI分辨率

对于HDMI的显示模式，Android则是会通过EDID获得HDMI设备如电视机所支持的显示模式，然后自动选择一个合适的分辨率。

4.4 运行Android

  • 将制作好SD卡插入NanoPi K2，连接HDMI，最后接电源，NanoPi K2会从SD卡启动。你可以看到板上PWR灯以及蓝灯常亮，这说明系统已经开始启动了，同时电视上也将能看到系统启动的画面。

NanoPi K2 Android5.1

  • 如同所有PC, 正确的关机对NanoPi K2而言很重要，否则可能会损坏安装在MicroSD卡中的系统文件，导致下次无法顺利启动运行，如要关机，直接按PWR按键即可。

5 如何编译系统

5.1 安装交叉编译器

  • 安装ARMv7交叉编译器

编译U-Boot需要ARMv7的交叉编译器，首先下载并解压编译器: 

git clone https://github.com/friendlyarm/prebuilts.git
sudo mkdir -p /opt/FriendlyARM/toolchain
sudo tar xf prebuilts/gcc-x64/arm-cortexa9-linux-gnueabihf-4.9.3.tar.xz -C /opt/FriendlyARM/toolchain/

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/toolchain/4.9.3/bin:$PATH
export GCC_COLORS=auto

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

这个编译器是64位的，不能在32位的Linux系统上运行，安装完成后，你可以快速的验证是否安装成功： 

arm-linux-gcc -v
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=arm-linux-gcc
COLLECT_LTO_WRAPPER=/opt/FriendlyARM/toolchain/4.9.3/libexec/gcc/arm-cortexa9-linux-gnueabihf/4.9.3/lto-wrapper
Target: arm-cortexa9-linux-gnueabihf
Configured with: /work/toolchain/build/src/gcc-4.9.3/configure --build=x86_64-build_pc-linux-gnu
--host=x86_64-build_pc-linux-gnu --target=arm-cortexa9-linux-gnueabihf --prefix=/opt/FriendlyARM/toolchain/4.9.3
--with-sysroot=/opt/FriendlyARM/toolchain/4.9.3/arm-cortexa9-linux-gnueabihf/sys-root --enable-languages=c,c++
--with-arch=armv7-a --with-tune=cortex-a9 --with-fpu=vfpv3 --with-float=hard
...
Thread model: posix
gcc version 4.9.3 (ctng-1.21.0-229g-FA)
  • 安装AArch64交叉编译器

编译U-Boot和Linux需要AArch64的交叉编译器，可使用linaro toolchain: 

wget http://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/4.9-2017.01/aarch64-linux-gnu/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_aarch64-linux-gnu.tar.xz
tar xf gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_aarch64-linux-gnu.tar.xz
export PATH=~/gcc-linaro-4.9.4-2017.01-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin:$PATH

可以修改 ~/.bashrc 将编译器的路径加入到PATH中。

5.2 编译U-Boot

下载U-Boot源代码并编译，注意分支是nanopi-k2-v2015.01: 

git clone https://github.com/friendlyarm/uboot.git
cd uboot
git checkout nanopi-k2-v2015.01
make nanopi-k2_defconfig
make

编译成功结束后您将获得fip/gxb/u-boot.bin，可使用以下命令直接更新SD卡: 

sudo ./fusing.sh /dev/sdc

您也可以通过fastboot来更新正在运行的NanoPi K2板上SD的U-Boot，方法如下：
1) 在电脑上先用命令 sudo apt-get install android-tools-fastboot 安装 fastboot 工具;
2) 用串口配件连接NanoPi K2和电脑，在上电启动的2秒内，在串口终端上按下回车，进入 u-boot 的命令行模式；
3) 在u-boot 命令行模式下输入命令 fastboot usb 回车，进入 fastboot 模式；
4) 用microUSB线连接NanoPi K2和电脑，在电脑上输入以下命令烧写u-boot.bin:

fastboot flash bootloader fip/gxb/u-boot.bin

5.3 编译Linux kernel

5.3.1 编译内核

  • 下载内核源代码
git clone https://github.com/friendlyarm/linux.git
cd linux
git checkout nanopi-k2-3.14.y

NanoPi K2内核所属的分支是nanopi-k2-3.14.y，在开始编译前先切换分支。

  • 编译Android内核
make ARCH=arm64 nanopi-k2_defconfig
make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- Image nanopi-k2.dtb

编译成功结束后，即会生成新的 arch/arm64/boot/dts/amlogic/nanopi-k2.dtb 和 arch/arm64/boot/Image ，用于替换掉SD卡boot分区下对应的文件。

5.3.2 如何使用新编译的内核

  • 更新SD卡上的内核

如果您是使用SD卡启动Android，则在PC上复制为Android编译的Image 和nanopi-k2.dtb 到SD卡的boot分区(即分区1，设备是/dev/sdX1)即可。

  • 通过adb直接更新

如果想直接更新正在运行中的板子，可通过adb将新的文件push到板子上，然后reboot即可，具体如下: 

adb shell mount -t ext4 /dev/block/mmcblk0p1 /storage/sdcard1/
adb push arch/arm64/boot/Image /storage/sdcard1/
adb push arch/arm64/boot/dts/amlogic/nanopi-k2.dtb /storage/sdcard1/
adb reboot
  • 更新Android中预先编译的文件

如果想要生成新的Android boot.img，则需要使用新生成的文件替换Android源代码目录device/friendly-arm/nanopi-k2-kernel 下对应的文件，然后编译Android即可。

5.4 编译Android

  • 搭建编译环境

搭建编译Android的环境建议使用64位的Ubuntu 14.04，安装需要的包即可。 

sudo apt-get install bison g++-multilib git gperf libxml2-utils make python-networkx zip
sudo apt-get install flex libncurses5-dev zlib1g-dev gawk minicom

更多说明可查看 https://source.android.com/source/initializing.html 。

  • 下载Android5.1源代码

Android源代码的下载需要使用repo，其安装和使用请查看 https://source.android.com/source/downloading.html 。 

mkdir android && cd android
repo init -u https://github.com/friendlyarm/android_manifest.git -b nanopi-k2-lollipop
repo sync

其中“android”是指工作目录。

  • 编译系统
source build/envsetup.sh
lunch nanopi_k2-userdebug
make -j8

编译成功完成后，目录 out/target/product/nanopi-k2 下包含可用于烧写的image文件。

filename partition Description
u-boot.bin bootloader -
boot.img boot -
cache.img cache -
userdata.img userdata -
system.img system -
partmap.txt - 分区描述文件
  • 烧写到SD卡

如果是采用SD卡启动Android，可复制编译生成的image文件到sd-fuse_amlogic/android/ 下，使用脚本即可烧到到SD卡，具体请查看#在Linux Desktop下通过脚本制作。

  • 使用fastboot更新

板子启动后通过串口快速按任意键进入uboot命令行模式，输入命令fastboot usb即可更新Android。
连接USB线，然后PC端输入以下命令: 

cd out/target/product/nanopi-k2
sudo fastboot flash boot boot.img
sudo fastboot flash cache cache.img
sudo fastboot flash userdata userdata.img
sudo fastboot flash system system.img
sudo fastboot reboot
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