NanoPi S2/zh

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1 介绍

Overview

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• NanoPi S2（以下简称S2）是友善之臂团队面向工业级、商业级用户以及创客、嵌入式爱好者、电子艺术家等群体推出的一款小巧但集成了WiFi蓝牙、eMMC的NanoPi板。
• NanoPi S2采用Cortex-A9架构的四核S5P4418处理器（主频1.4GHz），内存为1G DDR3，同时板上集成了802.11 b/g/n无线网卡及蓝牙4.0模块，并采用了AXP228电源管理芯片，可支持软件关机，采用microUSB 供电。NanoPi S2引出了视频输入/输出接口，3.5mm音频输出接口，USB接口以及microSD 卡槽，带串口调试功能，并且留出ADC排针接口。
• NanoPi S2可支持Android与Debian双系统，Android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。依托Debian/Android的强大生态系统，以及NanoPi系列开发板的生态圈， NanoPi S2板使用更方便，并且与友善出品S5P4418系列开发板使用同个固件，资料也更加齐全。

2 资源特性

• CPU: S5P4418, 动态运行主频400Mhz~1.4GHz
• PMU 电源管理：AXP228，支持软件关机和睡眠唤醒等
• DDR3 RAM: 1GB
• eMMC: 8GB
• Wireless：802.11 b/g/s
• Bluetooth：4.0dual mode
• MicroSD Slot：x1
• 音频：3.5mm耳机座/Via HDMI
• 麦克风: 板载麦克风
• USB Host: 1 x USB 2.0 Host Micro USB: 1 x USB 2.0 Client
• LCD接口: 45pin, 0.5mm间距FPC贴片座，支持全彩TFT LCD (RGB:8-8-8)
• HDMI: microHDMI,1080P60输出
• DVP Camera接口：24pin，0.5mm间距竖直贴片FPC座
• LVDS：20Pin, 2.0mm排针
• GPIO1: 40pin, 2.54mm间距,兼容RaspberryPi的GPIO，含UART, SPI, I2C, PWM, IO等管脚资源
• ADC接口：板带ADC排针焊接接口
• 调试串口：4Pin，2.54mm排针
• 天线：IPX接口
• 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
• RTC: 支持RTC, 板上有备份电池接口
• PCB Size: 64x56mm，6层，沉金工艺
• 供电: DC 5V/2A
• OS/Software: u-boot, Android5.1, Debian8

3 接口布局和尺寸

3.1 接口布局

NanoPi S2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	GPIOC7	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

以上的定义跟NanoPi2的有所不同, 这是它们的对照表:40 pins GPIO comparison table

• 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40 pins GPIO comparison table
5. 更详细的信息请查看原理图：[]

3.2 机械尺寸

详细尺寸：NanoPi-S2-1609-dimensions

4 快速入门

4.1 准备工作

要开启你的NanoPi S2新玩具，请先准备好以下硬件

• NanoPi S2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 S2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闪迪 TF128G 至尊高速MicroSDXC TF 128G Class10 48MB/S:

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

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：

• 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。

友善团队特意为NanoPi S2开发板提供了Android 5.1和Android 4.4。Android 4.4是专门为企业用户定制的系统，支持4G模块、Ethernet设置。

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	Android5.1系统固件
s5p4418-kitkat-sd4g-20160803.img.zip	Android4.4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 S2的 BOOT 卡槽，并且按住BOOT按键上电启动（注意，这里需要 5V/2A 的供电），你可以看到绿灯常亮，蓝灯闪烁，这时你已经成功启动 NanoPi S2。
  

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

4.3.3 烧写系统到NanoPi S2的eMMC

• 下载eflasher固件
  

固件文件名为：s5p4418-eflasher-sd8g-xxx-full.img.7z
这个固件包含了一个可用SD卡启动的微型Ubuntu core系统，以及最新版本的 Debian, Android5, Android4.4和Ubuntu core 系统映象文件；
将 s5p4418-eflasher-sd8g-xxx-full.img.7z 下载到电脑上，另外还需要下载Windows下的烧写工具: win32diskimager.rar；

• 用eflasher固件制作SD启动卡
  

将固件用7z软件解压，得到.img结尾的文件，在Windows下插入SDHC卡（限4G及以上的卡)，以管理员身份运行Win32DiskImager，选择 Image File载入固件，选择你的SD卡盘符，点 Write 即开始写Image到SD卡；
如果你的电脑用的是Linux系统，你也可以用 dd 命令将解压后得到的 .img 文件直接写入SD卡完成启动卡的制作；

• 烧写系统到eMMC

将制作好的SD卡插入NanoPi S2，连接HDMI或LCD, 按住网口旁边标住有boot的按键，拨动电源开关，启动开发板后会看到系统选择，选择你需要烧写到eMMC的系统即可。

4.3.4 NanoPi S2 扩展TF卡分区

• Debian/Ubuntu系统在启动的时候，会自动扩展SD卡分区，第一次开机时自动扩展分区和根文件系统。
• 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 resizepart 7 100 unit MB print
sudo resize2fs -f /dev/sdx7

(注：/dev/sdx请替换为实际的SD卡设备文件名)

4.3.5 关于LCD/HDMI分辨率

系统启动时uboot会自动识别LCD，成功则会设置为该LCD的显示分辨率，失败则缺省会设置为HDMI 720P模式。
如果要修改LCD的显示分辨率，可以直接修改内核中的文件 arch/arm/plat-s5p4418/nanopi2/lcds.c , 然后重新编译内核并更新即可。
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。如果使用的是Debian，则缺省是720P，可通过修改内核配置来切换为1080P。

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NanoPi S2，连接HDMI，最后连接电源(5V 2A)，NanoPi S2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NanoPi S2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：

NanoPi S2-PSU-ONECOM

• 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），你可以使用手机或电脑到这里下载并安装一个名为VNC Viewer的软件，用VNC连接到NanoPi S2，默认密码为：fa123456 。
以下是在iPhone上用VNC登录NanoPi S2的画面：

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 。

5 Debian系统的使用

5.1 连接有线网络

NanoPi S2在加电开机前如果已正确的连接网线，则系统启动时会自动获取IP地址，如果没有连接网线、没有DHCP服务或是其它网络问题，则会导致获取IP地址失败，同时系统启动会因此等待约15~60秒的时间。

• 1) 配置MAC地址

板子没有提供有效的Ethernet的MAC地址，系统在连接网络时会自动生成一个随机的MAC地址，您可以修改 /etc/network/interfaces.d/eth0 ，配置一个固定的MAC地址：

vi /etc/network/interfaces.d/eth0

以下是配置文件的具体内容：

auto eth0
allow-hotplug eth0
iface eth0 inet dhcp
hwaddress 76:92:d4:85:f3:0f

其中"hwaddress" 就是用来指定MAC地址，"76:92:d4:85:f3:0f"是一个随机生成的地址，为防止冲突导致网络问题，请修改为一个不同的且有效的地址。
需要注意的一点是，MAC地址必须符合IEEE的规则，请不要随意指定，否则会出现无法获取IP地址、无法上网等问题。 修改完配置文件并保存后，可重启板子或直接下列命令重启网络服务：

systemctl restart networking

5.2 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NanoPi S2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 S2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NanoPi S2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：不建议直接使用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 720p输出，用于替换掉SD卡boot分区下的uImage.hdmi。
如果要支持HDMI 1080p，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
        (0)   Display In  [0=Display 0, 1=Display 1]
              Resolution (1920 * 1080p)  --->
make uImage

使用新生成的uImage替换掉SD卡boot分区下的uImage.hdmi即可获得HDMI 1080p输出。
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。

filename	partition	Description
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_nanopi2/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。

7 源代码和固件下载链接

• 烧写固件下载链接：[2]
• 源代码下载链接：[3]

8 资源链接

• 《创客秘籍》创客秘籍
• 《创客秘籍-02》创客秘籍-02
• 《创客秘籍-03》创客秘籍-03
• Schematic (NanoPi-S2-1609-Schematic)
• S5P4418 Datasheet (S5P4418_Datasheet_0.1.pdf)
• 模块介绍以及开发文档：
  • 按键模块
  • LED模块
  • 模数转换
  • 继电器模块
  • 三轴重力加速度模块
  • 三轴数字指南针模块
  • 温度传感器模块
  • 温湿度传感器模块
  • 蜂鸣器
  • 摇杆模块(Joystick)
  • I2C(PCF8574)+LCD1602
  • 声音传感器
  • 超声波模块
  • GPS模块
  • 迷你扩展板Matrix - Compact Kit
  • 火焰传感器
  • CAM500 500万像素摄像头
  • 滚珠开关模块
  • 2'8 SPI Key TFT 2.8寸spi液晶屏
  • 红外计数模块
  • 红外接收模块
  • 电机驱动器模块
  • MQ-2 烟雾传感器模块
  • MQ-3 气体传感器
  • 单点电容式数字触摸传感器模块
  • 光敏电阻模块
  • 电位器模块
  • 压力传感器模块
  • RGB LED
  • RTC模块
  • Rotary Encoder
  • 土壤湿度检测传感器模块
  • 热敏电阻模块
  • USB WiFi
  • 水位/水滴识别检测传感器模块