NanoPi 2 Fire/zh

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1 介绍

Overview
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  • NanoPi 2 Fire 是友善之臂专门为创客和物联网设计的高性能硬件开发平台，采用Cortex-A9架构的四核S5P4418处理器（主频1.4GHz），内存为1G DDR3，集成千兆以太网，可支持Android与Debian双系统，支持HDMI和LCD同步输出，并拥有丰富的扩展接口，兼容树莓派GPIO，PCB尺寸只有40*75mm。

2 资源特性

  • CPU: S5P4418, 运行主频1.4GHz
  • RAM: 1GB DDR3
  • 网络: 千兆以太网口 x1
  • USB 2.0 Type A x1
  • 调试串口 x1
  • microSD Slot x1
  • microUSB x1: 支持供电和数据传输
  • LCD接口: 0.5mm间距贴片FPC座，支持全彩LCD (RGB:8-8-8)
  • HDMI: 符合1.4a规范, Type-A连接器, 1080P60输出
  • 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, PWM, IO等管脚资源
  • 按键: 电源按键一个, 复位按键一个
  • LED: 电源LED一个, 系统指示LED一个
  • PCB 尺寸: 75 x 40mm
  • 供电: DC 5V/2A
  • 软件支持: 安卓, Debian

3 接口布局和尺寸

3.1 接口布局

NanoPi 2 Fire接口布局
  • GPIO1管脚定义
Pin# Name Pin# Name
1 SYS_3.3V 2 VDD_5V
3 I2C0_SDA 4 VDD_5V
5 I2C0_SCL 6 DGND
7 GPIOD8/PPM 8 UART3_TXD/GPIOD21
9 DGND 10 UART3_RXD/GPIOD17
11 UART4_TX/GPIOB29 12 GPIOD1/PWM0
13 GPIOB30 14 DGND
15 GPIOB31 16 GPIOC14/PWM2
17 SYS_3.3V 18 GPIOB27
19 SPI0_MOSI/GPIOC31 20 DGND
21 SPI0_MISO/GPIOD0 22 UART4_RX/GPIOB28
23 SPI0_CLK/GPIOC29 24 SPI0_CS/GPIOC30
25 DGND 26 GPIOB26
27 I2C1_SDA 28 I2C1_SCL
29 GPIOC8 30 DGND
31 GPIOC8 32 GPIOC28
33 GPIOC13/PWM1 34 DGND
35 SPI2_MISO/GPIOC11 36 SPI2_CS/GPIOC10
37 AliveGPIO3 38 SPI2_MOSI/GPIOC12
39 DGND 40 SPI2_CLK/GPIOC9
  • Debug Port（UART0）
Pin# Name
1 DGND
2 VDD_5V
3 UART_TXD0
4 UART_RXD0
  • DVP Camera IF 管脚定义
Pin# Name
1, 2 SYS_3.3V
7,9,13,15,24 DGND
3 I2C0_SCL
4 I2C0_SDA
5 GPIOB14
6 GPIOB16
8,10 NC
11 VSYNC
12 HREF
14 PCLK
16-23 Data bit7-0
  • RGB LCD IF 管脚定义
Pin# Name Description
1, 2 VDD_5V 5V输出, 可以给LCD模组供电
11，20，29, 37，38，39，40, 45 DGND 参考地, 0电位
3-10 Blue LSB to MSB RGB的蓝色信号
12-19 Green LSB to MSB RGB的绿色信号
21-28 Red LSB to MSB RGB的红色信号
30 GPIOB25 普通GPIO, 用户可控制
31 GPIOC15 一线协议信号, 以实现LCD型号识别, 背光控制和电阻触摸的功能. 系统已占用, 用户不可重新设置.
32 XnRSTOUT Form CPU 系统复位时向外输出低电平
33 VDEN 指示RGB信号有效的信号
34 VSYNC 场信号
35 HSYNC 行信号
36 LCDCLK LCD频率, Pixel frequency
41 I2C2_SCL I2C2的时钟信号, 用来传输电容屏触摸数据
42 I2C2_SDA I2C2的数据信号, 用来传输电容屏触摸数据
43 GPIOC16 电容触摸中断信号, 配合I2C2使用
44 NC 没有任何连接
说明
  1. 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. 全部信号引脚均为3.3V电平
  4. GPIO1的定义与NanoPi2不完全相同, 已经在使用NanoPi2的老用户请仔细对照
  5. 更详细的信息请查看原理图：NanoPi2_Fire_1512B_Schematic.pdf

3.2 机械尺寸

NanoPi 2 Fire Dimensions

详细尺寸：NanoPi2_Fire_1512B_Dimensions(dxf).zip

4 快速入门

4.1 准备工作

要开启你的NanoPi 2 Fire新玩具，请先准备好以下硬件

  • NanoPi 2 Fire主板
  • microSD卡/TF卡: Class10或以上的 8GB SDHC卡
  • 一个microUSB接口的外接电源，要求输出为5V/2A（可使用同规格的手机充电器）
  • 一台支持HDMI输入的显示器或者电视（或选购LCD配件）
  • 一套USB键盘鼠标，同时连接还需要USB HUB （或选购串口转接板，要PC上进行操作）
  • 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 2 Fire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microSD卡

4.3.1 简易方法制作

首先访问此处的下载地址下载需要的固件文件：

使用LCD或HDMI作来输出的用户，使用以下固件：
nanopi2-debian-sd4g.img.zip Debian系统固件
nanopi2-android-sd4g.img.zip Android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4G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 2 Fire 的 BOOT 卡槽，上电启动（注意，这里需要 5V/2A 的供电），你可以看到蓝灯和绿灯已经闪烁，这时你已经成功启动 NanoPi 2 Fire。

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_nanopi2.git
cd sd-fuse_nanopi2
  • 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和Debian的烧写文件，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) 以下是制作启动Debian的SD卡的方法
./fusing.sh /dev/sdx debian

4.4 在电脑上修改SD卡上的系统

如果你想在运行系统之前，先对系统做一些修改，可以参看本节内容，否则可以跳过本节。
将制作好microSD卡插入一台运行Linux的电脑，可以挂载SD卡上的boot和rootfs等分区，对分区内容进行修改，通过在以下情况下你需要进行这些操作：
1) 你想更改Kernel Command Line参数，则可以通过sd-fuse_nanopi2/tools目录下的fw_setenv工具来操作。
查看当前的Command Line： 

cd sd-fuse_nanopi2/tools
./fw_printenv /dev/sdc | grep bootargs

目前的Android 5.1.1_r6启用了SELinux，缺省模式是enforcing，你可以通过Command Line来修改它，例如： 

./fw_setenv /dev/sdc bootargs XXX androidboot.selinux=permissive

即可修改为permissive模式，其中上面的XXX需要替换成原来的bootargs值。

2) 更新内核
新版本的uboot在启动时如果识别到LCD，将读取SD卡boot分区的uImage，否则将读取uImage.hdmi。
对于Android来说是同一个文件，因此直接使用新编译的uImage来替换SD卡boot分区下的文件即可。
对于Debian来说，这2个文件是不相同的，使用新编译的支持LCD的uImage直接替换SD卡boot分区的文件，如果是支持HDMI的内核，则替换uImage.hdmi。

4.5 运行Android或Debian

  • 将制作好microSD卡插入NanoPi2，连接HDMI，最后连接电源(5V 2A)，NanoPi2会上电自动开机，看到板上的蓝色LED闪烁，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。

1）要在电视上进行操作，你需要连接USB鼠标和键盘；如果你选购了LCD配件，则可以直接使用LCD上面的触摸屏进行操作。
2）如果您需要进行内核开发，你最好选购一个串口配件，连接了串口，则可以通过终端对NanoPi2进行操作。

  • 以下是串口的接法，假如你已经拿到串口，则可直接串口供电，不需要再通过microUSB供电，接上串口，即可调试：

PSU-ONECOM01

  • 如果提示输入密码，Debian的root用户的默认密码是两个字母fa。

4.6 通过VNC和ssh登录Debian

如果你是祼板运行系统（既没有连接LCD也没有连接HDMI），并且烧写了带 -wifiap.img 后辍的固件，你可以使用手机，或者有无线网卡的电脑连接到NanoPi2开放的 nanopi2-wifiap 无线热点（默认密码是123456789)，连接成功后，无论是手机还是电脑，你可以到这里下载并安装一个名为VNC Viewer的软件，用VNC连接到NanoPi2，NanoPi2在使用VNC时的连接地址和端口为：192.168.8.1:5901，默认密码为：fa123456，以下是在iPhone上用VNC登录NanoPi2的画面：
VNC to NanoPi2
你也可以通过 ssh -l root 192.168.8.1 命令在终端上登录，默认的root用户密码是 fa。

为了保证ssh的流畅，我们用以下命令关闭wifi的省电模式: 

iwconfig wlan0 power off

5 Debian系统的使用

5.1 连接无线网络

在Debian的图形界面上，点击右下角的网络图标，程序会自动搜索到附近的WiFi热点，找到你需要连接的热点，点击旁边的Properties按钮，输入WiFi密码后保存退出，再点击Connect按钮即可。

以下内容仅适用于祼板运行的用户（使用 -wifiap.img 后辍的固件)

系统默认处于无线热点模式，因此无法搜索和连接到无线路由器，需要先退出无线执点模式才可以，请按照如下步骤操作：

第一步：我们先把要连接的无线路由器配置好，方法如下：
使用ssh连接NanoPi2，输入以下命令查询一下WiFi的网络接口，wlan开头的就是WiFi: 

ifconfig -a

默认情况下是wlan0，你需要在/etc/network/interfaces.d/目录下新建一个与网络接口同名的配置文件 ，以wlan0为例，用vi命令新建以下文件： 

vi /etc/network/interfaces.d/wlan0

wlan0文件的内容如下： 

auto wlan0
iface wlan0 inet dhcp
wpa-driver nl80211
wpa-ssid YourWiFiESSID
wpa-ap-scan 1
wpa-psk YourWiFiPassword

其中，YourWiFiESSID和YourWiFiPassword请替换成你要连接的无线AP名称和密码。

如果你的WiFi密码中有特殊字符，或者你不希望明文存放密码，你可以使用wpa_passphrase命令为WiFi密码生成一个密钥(psk)，用密钥来代替密码 ，在NanoPi2命令行下，可输入以下命令生成密钥: 

wpa_passphrase YourWiFiESSID

在提示输入密码时，输入你的WiFi密码，然后就会得到类拟以下的内容，其中psk=后面的一串字符就是WiFi的密钥： 

network={
        ssid="YourWiFiESSID"
        #psk="YourWiFiPassword"
        psk=1b66ca678d6f439f7360686ff5eeb7519cdc44b76a40d96515e4eb807a6d408b
}

最后，我们将上个步骤中生成的密钥替换掉wlan0文件中的密码，如下所示： 

auto wlan0
iface wlan0 inet dhcp
wpa-driver nl80211
wpa-ssid YourWiFiESSID
wpa-ap-scan 1
wpa-psk 1b66ca678d6f439f7360686ff5eeb7519cdc44b76a40d96515e4eb807a6d408b

最后一步，使用以下命令退出无线热点模式，需要使用root用户操作，turn-wifi-into-apmode在执行后会重启设备，重启后，会根据上面的配置，自动连接WIFI： 

su
turn-wifi-into-apmode no

5.2 配置Wi-Fi无线热点

可以通过以下命令，将Wi-Fi切换至无线热点模式：

turn-wifi-into-apmode yes

按提示重启即可，默认的热点名称为 nanopi2-wifiap，密码为123456789。

现在，你可以在电脑上搜索并连接nanopi2-wifiap这个无线热点，连接成功后，可以通过ssh到192.168.8.1这个地址来登录NanoPi2: 

ssh root@192.168.8.1

在提示输入密码时，输入预设的密码fa，即可登入。

为了保证ssh的流畅，我们用以下命令关闭wifi的省电模式: 

iwconfig wlan0 power off

WiFi工作模式可通过以下命令查询：

cat /sys/module/bcmdhd/parameters/op_mode

输出为数字2则表示当前处于无线热点模式，要切换回普通的Station模式，输入如下命令：

turn-wifi-into-apmode no

5.3 使用蓝牙传输

点击右下角的蓝牙图标，会弹出一个操作菜单，其中，
Make discoverable菜单项是打开NanoPi2蓝牙的可发现属性，这样其他设备（例如手机）就可以搜索到NanoPi2并进行配对了;
Devices... 菜单项可以打开搜索界面，主动搜索周边的蓝牙设备（注：需要这个设备先打开可发现属性）；
Send Files to Device...菜单项则可以通过蓝牙发送文件到已配对的指定设备上。

5.4 安装Debian软件包

我们提供的是标准的Debian jessie系统，你可以使用apt-get等命令来安装软件包，如果板子是首次运行，需要先用以下命令更新软件包列表： 

apt-get update

然后就可以安装软件包了，例如要安装ftp服务器，使用以下命令： 

apt-get install vsftpd

如果软件包下载速度不理想，你可以编辑 /etc/apt/sources.list 更换一个更快的源服务器，这个网址[1]有一份完整的源镜像服务器列表，注意要选用一个带armhf架构的。


6 如何编译系统

6.1 安装交叉编译器

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)

6.2 编译U-Boot

下载U-Boot源代码并编译，注意分支是nanopi2-lollipop-mr1: 

git clone https://github.com/friendlyarm/uboot_nanopi2.git
cd uboot_nanopi2
git checkout nanopi2-lollipop-mr1
make s5p4418_nanopi2_config
make CROSS_COMPILE=arm-linux-

编译成功结束后您将获得u-boot.bin，您可以通过fastboot来更新正在运行的NanoPi2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NanoPi2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 回车，进入 fastboot 模式；
4) 用microUSB线连接NanoPi2和电脑，在电脑上输入以下命令烧写u-boot.bin:

fastboot flash bootloader u-boot.bin


注意：您不能直接使用dd来更新SD卡，否则有可能会导致无法正常启动。

6.3 准备mkimage

编译内核需要用到U-Boot中的工具mkimage，因此，在编译内核uImage前，您需要保证您的主机环境可以成功运行它。
你可以直接使用命令 sudo apt-get install u-boot-tools 来安装，也可以自己编译并安装： 

cd uboot_nanopi2
make CROSS_COMPILE=arm-linux- tools
sudo mkdir -p /usr/local/sbin && sudo cp -v tools/mkimage /usr/local/sbin

6.4 编译Linux kernel

6.4.1 编译内核

  • 下载内核源代码
git clone https://github.com/friendlyarm/linux-3.4.y.git
cd linux-3.4.y
git checkout nanopi2-lollipop-mr1

NanoPi2内核所属的分支是nanopi2-lollipop-mr1，在开始编译前先切换分支。

  • 编译Android内核
make nanopi2_android_defconfig
touch .scmversion
make uImage
  • 编译Debian内核
make nanopi2_linux_defconfig
touch .scmversion
make uImage

编译成功结束后，新生成的内核烧写文件为 arch/arm/boot/uImage，此内核支持HDMI输出，用于替换掉SD卡boot分区下的uImage.hdmi。
如果要编译支持LCD显示的内核，则需要修改内核配置： 

touch .scmversion
make nanopi2_linux_defconfig
make menuconfig
  Device Drivers -->
    Graphics support -->
      Nexell Graphics -->
        [*] LCD
        [ ] HDMI
make uImage

启用LCD，同时取消HDMI，然后退出并保存配置，编译后即可获得支持LCD显示的uImage，用于替换SD卡boot分区下的uImage。

6.4.2 编译内核模块

Android包含内核模块，位于system分区的 /lib/modules/ 下，如果您有新的内核模块或者内核配置有变化，则需要重新编译。
首先编译内核源代码中的模块： 

cd linux-3.4.y
make CROSS_COMPILE=arm-linux- modules

另外有2个内核模块的源代码位于Android源代码中，可使用以下命令来编译： 

cd /opt/FriendlyARM/s5p4418/android
./vendor/friendly-arm/build/common/build-modules.sh

其中 “/opt/FriendlyARM/s5p4418/android” 是指Android源代码的TOP目录，使用参数“-h”可查看帮助。
编译成功结束后，会显示生成的内核模块。

6.5 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 nanopi2-lollipop-mr1
repo sync

其中“android”是指工作目录。

  • 编译系统
source build/envsetup.sh
lunch aosp_nanopi2-userdebug
make -j8

编译成功完成后，目录 out/target/product/nanopi2/ 下包含可用于烧写的image文件。

7 扩展连接

7.1 NanoPi 2连接USB(FA-CAM202)200万摄像头模块

  • NanoPi 2使用Debian系统，假设你已接好LCD屏或者HDMI，进入系统后，点击左下角的菜单键“Other”-->xawtv9，打开USB Camera软件。进入“welcome to xawtv！”，选择OK即可进行拍照。

USB camera USB camera-01

7.2 NanoPi 2连接CMOS 500万摄像头模块

  • NanoPi 2使用Android5.1系统，假设你已经接好LCD屏或者HDMI，进入系统后，直接点击“camera”图标，即可打开摄像头进行拍照。

CMOS camera

7.3 NanoPi 2接USB摄像头使用OpenCV

  • OpenCV的全称是Open Source Computer Vision Library，是一个跨平台的计算机视觉库。
  • NanoPi 2跑Debian系统时，接USB Camera，可直接使用官方的OpenCV。

1、以下介绍的是NanoPi 2用C++使用的OpenCV：

  • 首先需要保证你的NanoPi 2能连外网，假如你有串口，直接串口登陆超级终端（或者ssh登陆）。进入系统后，输入用户名（root），密码（fa）登陆；
  • 以下命令在超级终端执行：


apt-get update
apt-get install libcv-dev libopencv-dev

2、NanoPi 2烧写Debian系统启动后，接上USB Camera，使用Debian系统自带的摄像头软件测试，确定摄像头能正常使用。
3、通过终端执行命令，查看你的摄像头设备： 

ls /dev/video*
  • 注：video9 是你的USB摄像头设备（注：video0到8均被其它设备占用了）

4、opencv的测试代码如下（使用的是官方C++代码）： 

cd /home/fa
vi test.cpp


#include "opencv2/opencv.hpp"
 
using namespace cv;
 
int main(int, char**)
{
    VideoCapture cap(0); // open the default camera
    if(!cap.isOpened())  // check if we succeeded
        return -1;
 
    Mat edges;
    namedWindow("edges",1);
    for(;;)
    {
        Mat frame;
        cap >> frame; // get a new frame from camera
        cvtColor(frame, edges, CV_BGR2GRAY);
        GaussianBlur(edges, edges, Size(7,7), 1.5, 1.5);
        Canny(edges, edges, 0, 30, 3);
        imshow("edges", edges);
        if(waitKey(30) >= 0) break;
    }
    // the camera will be deinitialized automatically in VideoCapture destructor
    return 0;
}

当前目录下编译代码： 

g++ test.cpp -o test -lopencv_core -lopencv_highgui -lopencv_imgproc

编译成功后，得到可执行文件test；
5、这里特别说明：目前NanoPi 2的内核注册了9个video设备，而opencv的官方源码定义了最多只能使用8个Camera，所以这里需要删掉一个暂时没用到的video，我们把video0设备删掉： 

rm /dev/video0
mv /dev/video9 /dev/video0

6、以下步骤需要在NanoPi 2上接上键盘执行： 

./test

你便可以看到opencv已经用起来，如图：
OpenCV-01

8 资源链接

9 更新日志

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