NanoPi NEO Air/zh

English

1 介绍

NanoPi NEO Air（以下简称Air）是一款大小只有 40x40mm的开源无线创客板，它采用全志公司的H3四核A7主控，最高运行主频可达1.2Ghz, 管脚兼容NanoPi NEO(有线网版本，V 1.2)，并兼容24pin树莓派GPIO。 配备512M DDR3内存，标配 8GB eMMC高速闪存，集成AP6212 WiFi蓝牙模块，支持microSD卡启动运行系统，并带有YUV422并行摄像头接口，最高可支持500W像素CMOS摄像传感器。 采用了更加专业的电源系统设计，采用6层板布线，具有良好的散热特性。

2 资源特性

• CPU: Allwinner H3, Quad-core Cortex-A7 Up to 1.2GHz
• RAM: 512MB DDR3 RAM
• Storage: 8GB eMMC
• WiFi: 802.11b/g/n
• Bluetooth: 4.0 dual mode
• DVP Camera: 0.5mm pitch 24 pin FPC seat
• MicroUSB: OTG and power input
• MicroSD Slot x 1
• Debug Serial Port: 4Pin,2.54mm pitch pin header
• GPIO1: 2.54mm spacing 24pin,It includes UART,SPI,I2C,GPIO
• GPIO2: 2.54mm spacing 12pin,It includes USBx2,IR,SPDIF,I2S
• PCB Size: 40 x 40mm
• PCB layer: 6
• Power Supply: DC 5V/2A
• OS/Software: u-boot, Ubuntu-Core
• Weight: 7.5g(WITHOUT Pin-headers); 9.7g(WITH Pin-headers)

3 接口布局和尺寸

3.1 接口布局

NanoPi NEO Air接口布局

• GPIO管脚定义

Pin#	Name	Linux gpio	Pin#	Name	Linux gpio
1	SYS_3.3V		2	VDD_5V
3	I2C0_SDA		4	VDD_5V
5	I2C0_SCL		6	GND
7	GPIOG11	203	8	UART1_TX/GPIOG6	198
9	GND		10	UART1_RX/GPIOG7	199
11	UART2_TX/GPIOA0	0	12	PWM1/GPIOA6	6
13	UART2_RTS/GPIOA2	2	14	GND
15	UART2_CTS/GPIOA3	3	16	UART1_RTS/GPIOG8	200
17	SYS_3.3V		18	UART1_CTS/GPIOG9	201
19	SPI0_MOSI/GPIOC0	64	20	GND
21	SPI0_MISO/GPIOC1	65	22	UART2_RX/GPIOA1	1
23	SPI0_CLK/GPIOC2	66	24	SPI0_CS/GPIOC3	67

• USB/I2S/IR 定义

Pin#	Name	Description
1	VDD_5V	5V Power Out
2	USB-DP1	USB1 DP Signal
3	USB-DM1	USB1 DM Signal
4	USB-DP2	USB2 DP Signal
5	USB-DM2	USB2 DM Signal
6	GPIOL11/IR-RX	GPIOL11 or IR Receive
7	SPDIF-OUT/GPIOA17	GPIOA17 or SPDIF-OUT
8	PCM0_SYNC/I2S0_LRC	I2S/PCM Sample Rate Clock/Sync
9	PCM0_CLK/I2S0_BCK	I2S/PCM Sample Rate Clock
10	PCM0_DOUT/I2S0_SDOUT	I2S/PCM Serial Bata Output
11	PCM0_DIN/I2S0_SDIN	I2S/PCM Serial Data Input
12	GND	0V

• Debug Port（UART0）

Pin#	Name
1	GND
2	VDD_5V
3	UART_TXD0
4	UART_RXD0

• DVP Camera IF 管脚定义

Pin#	Name	Description
1, 2	SYS_3.3V	3.3V电源输出给外部摄像头模块
7,9,13,15,24	GND	参考地, 0V
3	I2C2_SCL	I2C时钟信号
4	I2C2_SDA	I2C数据信号
5	GPIOE15	普通GPIO, 施加给外部摄像头模块的控制信号
6	GPIOE14	普通GPIO, 施加给外部摄像头模块的控制信号
8	MCLK	提供给外部摄像头模块的时钟信号
10	NC	没有连接
11	VSYNC	外部摄像头模块输出给CPU的行信号
12	HREF/HSYNC	外部摄像头模块输出给CPU的场信号
14	PCLK	外部摄像头模块输出给CPU的像数点信号
16-23	Data bit7-0	数据信号

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，输出电流为5mA,可以带动小负荷模块，io都不能带负载
4. 更详细的信息请查看原理图：NanoPi-NEO-Air-1608-Schematic.pdf

3.2 机械尺寸

4 快速入门

4.1 准备工作

要开启你的NanoPi NEO Air新玩具，请先准备好以下硬件

• NanoPi NEO Air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 NEO Air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TF卡

4.3.1 下载系统固件

• 首先访问下载地址下载需要的固件文件(officail-ROMs目录)和烧写工具(tools目录)：
  

固件文件列表：
nanopi-air-core-qte-sd4g.img.zip	小型的Ubuntu-Core系统，内含Qt Embedded图形库
nanopi-air-eflasher-sd8g.img.zip	eflasher系统固件，该系统具有烧写eMMC的功能
烧写工具：
win32diskimager.rar	Windows平台下的系统烧写工具，Linux平台下可以用dd命令烧写系统

4.3.2 TF卡启动系统

4.3.2.1 制作Ubuntu-Core with Qt-Embedded系统TF卡

• 将固件nanopi-air-core-qte-sd4g.img.zip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 win32diskimager 工具，

在win32diskimager工具的界面上，选择你的TF卡盘符，选择系统固件，点击 Write 按钮烧写即可。

• 当制作完成TF卡后，拔出TF卡插入Air的BOOT卡槽，上电启动（注意，这里需要5V/2A的供电），你可以看到绿灯常亮以及蓝灯闪烁，这时你已经成功启动Ubuntu-Core系统。
  

注：Debian/Ubuntu系列的ROM都可以使用上述方法制作TF系统启动卡。

4.3.3 烧写系统到eMMC

• 将固件nanopi-air-eflasher-sd8g.img.zip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 win32diskimager 工具，

在win32diskimager工具的界面上，选择你的TF卡盘符，选择系统固件，点击 Write 按钮烧写即可。

• 当制作完成TF卡后，拔出TF卡插入Air的BOOT卡槽，上电启动（注意，这里需要5V/2A的供电），你可以看到绿灯常亮以及蓝灯闪烁，这时你已经成功启动eflasher系统。
  
• 在命令行终端中通过执行下列命令进行烧写:

eflasher

输入数字并回车选择想要安装到eMMC的系统，然后输入yes并回车确定开始烧写。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。

5 Ubuntu-Core with Qt-Embedded系统的使用

5.1 运行Ubuntu-Core

• 当成功在TF卡/eMMC中安装Ubuntu-Core系统后，连接电源(5V 2A)，可以看到板上的蓝色LED闪烁，这说明系统已经开始启动了。
  
• 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Air进行操作。
  
• 以下是串口的接法，接上串口，即可调试。接上串口后你可以选择从串口模块的DC口或者从Air的MicroUSB口进行供电：

• 如果提示输入密码，Debian的root和fa用户的默认密码都是两个字母fa。
• 更新软件包：

apt-get update

5.2 扩展TF卡文件系统

第一次启动系统时，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

5.3 连接无线网络

Air使用无线网络或者蓝牙的时候，需要接上天线使用。以下是Air连接使用IPX天线的图片。 用vi或在图形界面下用gedit编辑文件 /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf, 在文件末尾填入路由器信息如下所示：

network={
        ssid="YourWiFiESSID"
        psk="YourWiFiPassword"
}

其中，YourWiFiESSID和YourWiFiPassword请替换成你要连接的无线AP名称和密码。
保存退出后，执行以下命令即可连接WiFi:

ifdown wlan0
ifup wlan0

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，再打开 /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf 文件你会发现密钥已经被更新，你可以删除明文的密码了。

5.4 SSH登录

Air没有任何图形界面输出的接口，如果你没有串口模块，可以通过SSH协议登录Air。假设你已经通过串口模块或者路由器查看到Air的IP地址为192.168.1.230，在PC机上执行以下命令登录Air:

ssh root@192.168.1.230

密码为fa。

5.5 命令行查看CPU工作温度

在命令行终端执行如下命令，可以快速地获取CPU的当前温度和运行频率等信息：

cpu_freq

5.6 通过Rpi-Monitor查看系统状态

Ubuntu-Core系统里已经集成了Rpi-Monitor，该服务允许用户在通过浏览器查看开发板系统状态。
假设Air的IP地址为192.168.1.230，在PC的浏览器中输入下述地址:

192.168.1.230:8888

可以进入如下页面:

用户可以非常方便地查看到系统负载、CPU的频率和温度、可用内存、SD卡容量等信息。

5.7 连接DVP摄像头模块(CAM500B)

CAM500B是一款500万像素摄像头模块，以DVP并行信号输出，详细信息请参考Matirx-CAM500B。

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/mjpg-streamer
make
./start.sh

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:

 
 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

假设Air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，建议使用Chrome浏览器，效果如下:

mjpg-streamer是用libjpeg对摄像头数据进行软编码，你可以使用ffmpeg对摄像头数据进行硬编码，这样能大大降低CPU的占用率并提高编码速度:

ffmpeg -t 30 -f v4l2 -channel 0 -video_size 1280x720 -i /dev/video0 -pix_fmt nv12 -r 30 -b:v 64k -c:v cedrus264 test.mp4

默认会录制30秒的视频，输入q能终止录制。录制完成后会在当前目录生成一个名为test.mp4的视频文件，可将其拷贝到PC上进行播放验证。

5.8 测试蓝牙

安装相关的软件包:

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

打开Android手机上的蓝牙功能，这里使用的测试机器为Samsung Galaxy A7。为Air接上外置天线后在Air上执行下列命令搜索附近的蓝牙设备:

hcitool scan

可以搜索到Samsung Samsung Galaxy A7，并得到它的设备地址为"50:C8:E5:A7:31:D2"，假设当前目录下有1个图片文件test.jpg，使用下列命令将test.jpg发送到A7上:

bt_send_file.sh -a 50:C8:E5:A7:31:D2 -f test.jpg

这时手机上会弹出文件传输的窗口，点击"接受"后会开始传输文件，传输完成后，Air串口上的打印信息如下:

name=test.jpg, size=2215936
Local device A1:A3:C1:79:66:6E
Remote device 50:C8:E5:A7:31:D2 (12)
Connection established
send 2164K finish, speed=5.6 K/s

在手机上能成功查看到图片文件，则说明传输文件成功。

6 如何编译Ubuntu-Core with Qt-Embedded系统

6.1 准备工作

访问此处下载地址的sources/nanopi-h3-bsp目录，下载所有压缩文件，使用7-Zip工具解压后得到lichee目录和android目录，请务必保证这2个目录位于同一个目录中，如下：

ls ./
android lichee

也可以从github上克隆lichee源码：

git clone https://github.com/friendlyarm/h3_lichee.git lichee

注：lichee是全志为其CPU的板级支持包所起的项目名称，里面包含了U-boot，Linux等源码和众多的编译脚本。

6.2 安装交叉编译器

访问此处下载地址的toolchain目录，下载交叉编译器gcc-linaro-arm.tar.xz，将该压缩包放置在lichee/brandy/toochain/目录下即可，无需解压。

6.3 编译lichee源码

编译全志 H3 的BSP源码包必须使用64bit的Linux PC系统，并安装下列软件包，下列操作均基于Ubuntu-14.04 LTS-64bit：

sudo apt-get install gawk git gnupg flex bison gperf build-essential \
zip curl libc6-dev libncurses5-dev:i386 x11proto-core-dev \
libx11-dev:i386 libreadline6-dev:i386 libgl1-mesa-glx:i386 \
libgl1-mesa-dev g++-multilib mingw32 tofrodos \
python-markdown libxml2-utils xsltproc zlib1g-dev:i386

为Debian系统编译lichee源码包，进入lichee目录，执行命令：

cd lichee
./build.sh -p sun8iw7p1 -b nanopi-h3

该命令会为Debian系统一次性编译好U-boot、Linux内核和模块。
lichee目录里内置了交叉编译器，当使用build.sh脚本进行源码编译时，会自动使用该内置的编译器，所以无需手动安装编译器。

6.4 打包系统组件

./gen_script.sh -b nanopi-air

该命令会为U-boot打上全志系列CPU的硬件板级配置补丁，然后所有编译生成的可执行文件(包括U-boot、Linux内核)拷贝到lichee/tools/pack/out/目录以便进行统一管理。

下列命令可以更新TF卡上的U-boot：

./fuse_uboot.sh /dev/sdx

/dev/sdx请替换为实际的TF卡设备文件名。
内核boot.img和驱动模块均位于linux-3.4/output目录下，将boot.img拷贝到TF卡的boot分区的根目录即可更新内核。

6.5 编译U-boot

如果你想单独编译U-boot，可以执行命令：

./build.sh -p sun8iw7p1 -b nanopi-h3 -m uboot
./gen_script.sh -b nanopi-air

gen_script.sh脚本会为U-boot打上全志系列CPU的硬件板级配置补丁，只有打过补丁文件的U-boot才能烧写到TF卡中正常运行。 执行下列命令更新TF卡上的U-boot：

./fuse_uboot.sh /dev/sdx

/dev/sdx请替换为实际的TF卡设备文件名。

6.6 编译Linux内核

如果你想单独编译Linux内核，可以执行命令：

./build.sh -p sun8iw7p1 -b nanopi-h3 -m kernel

编译完成后内核boot.img和驱动模块均位于linux-3.4/output目录下，将boot.img拷贝到TF卡的boot分区的根目录即可。

6.7 清理lichee源码

./build.sh -p sun8iw7p1_linux -b nanopi-h3 -m clean

7 3D 打印外壳

3D打印外壳下载链接

8 资源链接

• 原理图
  • NanoPi-NEO-Air-1608-Schematic.pdf
• 尺寸图
  • pcb的dxf文件
• H3 Datesheet Allwinner_H3_Datasheet_V1.2.pdf
• 使用Python操作硬件模块开发教程及代码：

可以和BakeBit - NEO Hub连接使用的模块如下：

• 1、按键模块
• 2、蜂鸣器模块
• 3、绿色LED模块
• 4、摇杆模块
• 5、LED Bar模块
• 6、光敏模块
• 7、OLED模块
• 8、红色LED模块
• 9、旋转角度模块
• 10、舵机模块
• 11、声音模块
• 12、超声波模块

• 模块介绍以及开发文档：
  • NanoPi NEO创客秘籍-01
  • 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

9 更新日志

9.1 2016-12-13

• 更新Ubuntu-Core系统固件

1) 增加Rpi-monitor服务，用于通过浏览器查看Air的状态；
2) 支持声卡配件NanoHat-PCM5102A；
3) 添加通过蓝牙发送文件的脚本；

9.2 2016-12-21

• 将Ubuntu-Core系统的版本号从15.10升级到16.04；
• 将H3 BSP代码分为lichee和android两部分，并精简lichee目录；
• 更新H3 BSP里的交叉编译器，解决该编译器无法编译应用程序的问题；
• Ubuntu-Core系统支持第一次开机自动扩展文件系统，并且支持开机修复文件系统；
• 支持使用fastboot更新U-boot；
• 更新eflasher系统，支持命令行烧写系统到eMMC；