NanoPi

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1 介绍

Overview
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NanoPi是友善之臂专门为嵌入式Linux爱好者、创客、玩家设计的一款低功耗ARM主控板，它的尺寸只有Raspberry Pi(RPi)的一半大小，并且兼容RPi的GPIO接口，NanoPi集成无线WiFi和蓝牙4.0模块，并带有并行摄像头接口，和全彩LCD接口，可从TF卡运行Linux/Debian系统，非常适合物联网、无线智能小车、机器人、图像识别、人机界面等应用开发。

2 资源特性

  • CPU: Samsung S3C2451, 运行主频400Mhz
  • RAM: 64M DDR2
  • 集成SDIO WiFi蓝牙模块
  • USB Type A x1
  • 调试串口 x1
  • microSD Slot x1
  • microUSB x1: 支持供电和数据传输，可模拟为串口和以太网
  • LCD接口: 0.5mm间距贴片FPC座，支持全彩LCD (RGB:8-8-8)
  • 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, IO等管脚资源
  • GPIO2: 2.54mm间距, 12pin, 含I2S, I2C, UART等管脚资源
  • PCB 尺寸: 75 x 30 mm
  • 供电: DC 5V
  • 软件支持: u-boot, Linux-4.1, Debian

3 接口布局和尺寸

3.1 接口布局

NanoPi接口布局
  • GPIO1 管脚定义
NanoPi GPIO Header
  • GPIO2 管脚定义
Pin# Name Pin# Name
1 VDD_5V 2 VDD_SYS_3.3V
3 TXD2 4 RXD2
5 SDA0 6 SCL0
7 IISSDO0 8 IISSDI0
9 IISSCLK0 10 IISLRCK0
11 IISCDCLK0 12 DGND
  • Debug Port CON1（UART0）
Pin# Name
1 DGND
2 VDD_5V
3 TXD0
4 RXD0
  • DVP Camera IF 管脚定义
Pin# Name
1, 2 VDD_SYS_3.3V
7,9,13,15,24 DGND
3 SCL0
4 SDA0
5 GPH13
6 GPJ12
8 XCLK
10 NC
11 VSYNC
12 HREF
14 PCLK
16-23 Data bit7-0
  • RGB LCD IF 管脚定义
Pin# Name
1, 2 VDD_5V
11，20，29 DGND
3-10 Blue LSB to MSB
12-19 Green LSB to MSB
21-28 Red LSB to MSB
30 GPG12
31 GPG2
32 XnRSTOUT Form CPU
33 VDEN
34 VSYNC
35 HSYNC
36 LCDCLK
37，38，39，40 XM，XP，YM，YP
说明
  1. VDD_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. 更详细的信息请查看原理图：NanoPi-1507-Schematic.pdf

3.2 机械尺寸

NanoPi 机械尺寸

需要更详细的尺寸请下载：NanoPi-1507-Dimesions(dxf).zip

4 快速入门

4.1 准备工作

要开启你的NanoPi新玩具，请先准备好以下硬件

  • NanoPi主板
  • microSD卡/TF卡: 最小系统需要64M
  • microUSB线
  • 一台运行Linux的电脑，需要联网

4.2 制作一张带运行系统的microSD卡

  • 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) 下载固件并制作microSD卡
git clone https://github.com/friendlyarm/sd-fuse_nanopi.git
cd sd-fuse_nanopi
su
./fusing.sh /dev/sdx

(注：/dev/sdx请替换为实际的SD卡设备文件名)

4.3 运行系统

将制作好的microSD卡插入NanoPi，使用microUSB线连接电脑，NanoPi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正常运行了。

4.4 通过microUSB登陆NanoPi

用microUSB线将NanoPi连接到电脑后，在电脑上敲入dmesg命令，看到以下输出信息表示连接成功： 

[12601.100339] usb 2-1.7: Product: FriendlyARM Gadget v2.4
[12601.100343] usb 2-1.7: Manufacturer: Linux 4.1.2-FriendlyARM with s3c-hsudc
[12601.103192] cdc_acm 2-1.7:2.0: This device cannot do calls on its own. It is not a modem.
[12601.103368] cdc_acm 2-1.7:2.0: ttyACM0: USB ACM device
[12601.105300] cdc_ether 2-1.7:2.2 usb0: register 'cdc_ether' at usb-0000:00:1d.0-1.7, CDC Ethernet Device, 46:a1:e7:6d:5c:32

在电脑上输入ifconfig命令，可以看到多了一个usb0的网络设备，这时可以通过ssh到192.168.100.1这个地址来登录NanoPi: 

ssh root@192.168.100.1

在提示输入密码时，输入预设的密码fa，即可登入。

4.5 配置使用Wi-Fi

使用ssh连接NanoPi，输出以下命令配置WiFi： 

wpa_passphrase YourWiFiESSID 'YourWiFiPassword' >> /etc/wpa.conf
wpa_cli -iwlan0 reconfigure

其中，YourWiFiESSID和YourWiFiPassword请替换成你要连接的无线AP名称和密码， 以后每次开机，都会自动连接该WiFi，你可以通过编辑 /etc/wpa.conf 调整无线AP的设置， 默认是通过dhcp的方式获得IP地址，如果你想更改成静态设置IP地址，可编辑 /usr/sbin/wpa_action，将其中的udhcpc调用改成使用ifconfig命令来设置。

4.5.1 扫描无线AP

用以下命令搜索周边的无线AP: 

wpa_cli -iwlan0 scan
wpa_cli -iwlan0 scan_result


5 如何编译系统

5.1 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
tar xvzf prebuilts/gcc/arm-linux-gcc-4.4.3.tar.gz -C /

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/toolschain/4.4.3/bin/:$PATH

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

5.2 编译U-Boot

下载U-Boot源代码并编译，注意分支是nanopi: 

git clone https://github.com/friendlyarm/uboot_nanopi.git
cd uboot_nanopi
git checkout nanopi
make nanopi_config
make

编译成功结束后您将获得u-boot.bin, 如果想马上就测试u-boot，可使用脚本fusing.sh烧写新的u-boot 到SD 卡。
假设您的 SD 卡对应设备名是/dev/sdd，以root运行以下命令： 

su
./fusing.sh /dev/sdd

注意：以上操作会破坏SD卡的数据，请先进行备份。

5.3 编译Linux kernel

5.3.1 编译内核

下载内核源代码并编译 

git clone https://github.com/friendlyarm/linux-4.x.y.git
cd linux-4.x.y
git checkout nanopi-v4.1.y
make nanopi_defconfig
touch .scmversion
make

NanoPi内核所属的分支是nanopi-v4.1.y，在开始编译前先切换分支，编译成功结束后，新生成内核烧写文件为 arch/arm/boot/zImage 。

5.3.2 编译内核模块

目前的内核配置会编译生成内核模块，如ipv6、netfilter，通常在编译内核时，内核模块(.ko)已经编译，如果您有新的内核模块或者内核配置有变化，则需要编译安装内核模块并打包成 kernel-modules.tgz，然后替换Rootfs下的 basefs/kernel-modules.tgz。
以root用户运行以下命令安装.ko到/tmp/nanopi-modules 。 

make INSTALL_MOD_PATH=/tmp/nanopi-modules modules_install

接下来可对内核模块进行strip，然后创建压缩包。 

cd /tmp/nanopi-modules/lib/
find . -name \*.ko | xargs arm-linux-strip --strip-unneeded
tar czvf kernel-modules.tgz modules/

如果想测试新编译的内核模块，也可以解压压缩包或复制modules 到已制作好的能启动NanoPi的SD卡的rootfs下的/lib 目录。 假设SD卡的rootfs已经mount到 /media/fa/NANOPI，以root 运行以下命令： 

rm -rf /media/fa/NANOPI/lib/modules/
tar xzvf kernel-modules.tgz -C /media/fa/NANOPI/lib/

5.4 编译制作文件系统

下面的命令将下载文件系统源码包并编译，注意需要在root用户下编译，可用su命令切换： 

git clone https://github.com/friendlyarm/rootfs_nanopi.git
cd rootfs_nanopi
git checkout nanopi
su
make && make install && make strip

编译成功结束后，将看到以下信息: 

RootFS (core) successfully installed to:
   /tmp/FriendlyARM/nanopi/rootfs
 
Copyright 2015 FriendlyARM (http://www.arm9.net/)

上面的信息提示我们编译生成的文件系统存放的位置为/tmp/FriendlyARM/nanopi/rootfs，我们把它压缩成一个压缩包： 

cd /tmp/FriendlyARM/nanopi
tar czvf rootfs.tgz rootfs/

5.5 使用自已编译的文件生成制作SD卡

5.5.1 重新制作SD卡系统

先下载SD卡烧写的工具包，并切换到相应master分支： 

git clone https://github.com/friendlyarm/sd-fuse_nanopi.git
cd sd-fuse_nanopi
git checkout master

在sd-fuse_nanopi下有个prebuilt，用于存放SD系统运行所需的二进制文件：
Bootloader: u-boot.bin
内核命令行参数: sdenv.raw
Linux内核：zImage
文件系统压缩包: rootfs.tgz

你只需要将上面章节中编译生成的文件替换它们，就可以测试运行你所编译的系统了，替换文件后，在sd-fuse_nanopi目录下执行以下命令制作SD卡： 

su
./fusing.sh /dev/sdx

(注：/dev/sdx请替换为实际的SD卡设备文件名)

烧写成功完成后，把SD卡放入NanoPi运行试试吧。

5.5.2 更新U-Boot环境变量

制作好的SD启动NanoPi 后，如果通过串口在U-Boot命令模式下修改了环境变量，如bootargs，现在想要把这个修改后的环境用于制作其它新的SD卡，则需要把保存在卡的U-Boot环境变量数据读出来，替换掉prebuilt 下的 sdenv.raw，然后烧写新的SD卡即可。 

./readenv.sh /dev/sdd
cp sdenv.raw prebuilt/

5.5.3 关于SD卡RAW文件

由于CPU S3C2451的iROM 是从SD卡的尾部来读取Bootloader，且普通SD卡和SDHC卡的位置不同，而不同品牌或是不同容量的SD卡的大小又是不同的，因此没办法创建适应不同卡的RAW文件。
如果您有一批大小完全一致的SD卡，可使用工具如linux下的dd 读取已经制作好的SD 卡的全部数据，保存为RAW文件，然后将此文件写入其它大小相同的SD卡。
另外，由于现在的SD卡容量通常都比较大，对于8 GB的SD卡，写一个RAW文件将需要较长时间，而目前的rootfs实际只有 ~23 MB，因此直接使用脚本制作SD卡将更快。

6 扩展连接

6.1 连接使用摄像头模块

6.2 连接使用TFT LCD

6.3 连接使用Matrix入门DIY套件

7 玩转NanoPi

7.1 制作一台4.3英寸小电脑

7.2 制作无线智能小车

8 资源链接

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