NanoPi NEO Air/zh

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English

1 介绍

NanoPi NEO-AIR-1.jpg
NanoPi NEO-AIR-2.jpg
NanoPi NEO-AIR-3.jpg

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
  • Temperature measuring range: -40℃ to 80℃
  • OS/Software: u-boot, Ubuntu-Core, eflasher
  • Weight: 7.5g(WITHOUT 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 / GPIOA12 4 VDD_5V
5 I2C0_SCL / GPIOA11 6 GND
7 GPIOG11 203 8 UART1_TX / GPIOG6 198
9 GND 10 UART1_RX / GPIOG7 199
11 UART2_TX / GPIOA0 0 12 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 / GPIOA4
4 UART_RXD0 / GPIOA5 / PWM0
  • 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
  • 音频测试点
Pin# Name Description
1 MICP MICIN1P, Microphone Positive Input
2 MICN MICIN1N, Microphone Negative Input
3 LR LINEOUTR, LINE-OUT Right Channel Output
4 LL LINEOUTL, LINE-OUT Left Channel Output
NanoPi NEO-AIR Audio
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

NanoPi-NEO-AIR-1608-dimensions.png

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 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)：
使用以下固件：
nanopi-neo-air_ubuntu-core-xenial_3.4.y_YYYYMMDD.img.zip Ubuntu-Core with Qt-Embedded系统固件，使用Linux-3.4.y内核
nanopi-neo-air_eflasher_3.4.y_YYYYMMDD.img.zip eflasher系统固件，使用Linux-3.4.y内核，用于烧写系统到eMMC
nanopi-neo-air_ubuntu-core-xenial_4.x.y_YYYYMMDD.img.zip Ubuntu-Core with Qt-Embedded系统固件，使用Linux-4.x.y内核
nanopi-neo-air_debian-nas-jessie_4.x.y_YYYYMMDD.img.zip NAS系统固件，使用Linux-4.x.y内核，配合1-bay NAS Dock使用
nanopi-neo-air_ubuntu-oled_4.x.y_YYYYMMDD.img.zip OLED系统固件，使用Linux-4.x.y内核，配合NanoHat OLED使用
nanopi-neo-air_eflasher_4.x.y_YYYYMMDD.img.zip eflasher系统固件，使用Linux-4.x.y内核，用于烧写系统到eMMC
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 Linux-3.4.y和Linux-4.x.y系统固件差异

  • Linux-3.4.y内核为CPU芯片厂商全志科技官方提供的内核，全志为该内核做了十分多的定制开发，所以该内核完善度高但是不够纯净，对应的系统固件发热量较大；
  • Linux-4.x.y内核仍在不断地完善中，并且尽可能地保持和Linus Torvalds主线内核一致，该内核拥有和主线内核一致的特性，是一个比较纯净的内核，对应的系统固件发热量较小。如果产品不需要使用VPU和GPU功能，可以使用该内核；

两者的具体差异如下:
Neo-air-3x-4x.png

4.3.3 TF卡启动系统

4.3.3.1 制作Ubuntu-Core with Qt-Embedded系统TF卡
  • 将Ubuntu-Core系统固件和烧写工具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。

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

4.3.4 烧写系统到eMMC

  • 将eflasher系统固件和烧写工具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:
$ su root
$ eflasher

root用户的密码是fa，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:
eflasher-console
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 with Qt-Embedded

  • 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。

neo-air-login

  • 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：

PSU-ONECOM-AIR

  • Ubuntu-Core默认帐户：

普通用户： 

   用户名: pi
   密码: pi

Root用户： 

   用户名: root
   密码: fa

默认会以 pi 用户自动登录，你可以使用 sudo npi-config 命令取消自动登录。

  • 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。
NanoPi NEO Air-IPX
Ubuntu 使用 NetworkManager 工具来管理网络，其在命令行下对应的命令是 nmcli，要连接WiFi，相关的命令如下：

  • 查看网络设备列表
$ sudo nmcli dev

注意，如果列出的设备状态是 unmanaged 的，说明网络设备不受NetworkManager管理，你需要清空 /etc/network/interfaces下的网络设置,然后重启.

  • 开启WiFi
$ sudo nmcli r wifi on
  • 扫描附近的 WiFi 热点
$ sudo nmcli dev wifi
  • 连接到指定的 WiFi 热点
$ sudo nmcli dev wifi connect "SSID" password "PASSWORD"

请将 SSID和 PASSWORD 替换成实际的 WiFi名称和密码。
连接成功后，下次开机，WiFi 也会自动连接。

更详细的NetworkManager使用指南可参考这篇文章： NetworkManager

5.4 SSH登录

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:
rpi-monitor
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)

注意: 该功能仅支持使用Linux-3.4.y的系统固件。
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。
NanoPi-AIR-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-cam500a
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。

5.9 使用npi-config配置系统

npi-config是一个命令行下的系统配置工具，可以对系统进行一些初始化的配置，可配置的项目包括：用户密码、系统语言、时区、Hostname、SSH开关、自动登录选项、硬件接口(Serial/I2C/SPI/PWM)使能等，在命令行执行以下命令即可进入: 

$ sudo npi-config

npi-config的显示界面如下：
npi-config
详细使用方法请参考:npi-config

6 如何编译Ubuntu-Core with Qt-Embedded系统

6.1 使用开源社区主线BSP

NEO Air支持使用Linux-4.x.y内核，并使用Ubuntu Core 16.04，关于H3芯片系列开发板使用主线U-boot和Linux-4.x.y的方法，请参考维基：Mainline U-boot & Linux

6.2 使用全志原厂BSP

6.2.1 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。

6.2.2 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。

6.2.3 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

编译lichee源码包，执行命令： 

$ cd lichee/fa_tools
$ ./build.sh -b nanopi-air -p linux -t all

该命令会一次性编译好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。

下列命令可以更新TF卡上的U-boot： 

$ cd lichee/fa_tools/
$ ./fuse.sh -d /dev/sdX -p linux -t u-boot

/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。

6.2.4 编译U-boot

注意: 必须先完整地编译整个lichee目录后，才能进行单独编译U-boot的操作。
如果你想单独编译U-boot，可以执行命令： 

$ cd lichee/fa_tools/
$ ./build.sh -b nanopi-air -p linux -t u-boot

下列命令可以更新TF卡上的U-boot： 

$ cd lichee/fa_tools/
$ ./fuse.sh -d /dev/sdX -p linux -t u-boot

/dev/sdX请替换为实际的TF卡设备文件名。

6.2.5 编译Linux内核

注意: 必须先完整地编译整个lichee目录后，才能进行单独编译Linux内核的操作。
如果你想单独编译Linux内核，可以执行命令： 

$ cd lichee/fa_tools/
$ ./build.sh -b nanopi-air -p linux -t 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。

6.2.6 清理lichee源码

$ cd lichee/fa_tools/
$ ./build.sh -b nanopi-air -p linux -t clean

7 3D 打印外壳

NanoPi NEO Air 3D printed housing
3D打印外壳下载链接

8 更多OS

8.1 DietPi_NanoPiNEOAir-armv7-(Jessie)

DietPi身轻如燕，镜像文件最小只有400M 字节（只是Raspbian Lite的三分之一）。系统存储操作及进程对资源的占用非常少，并且预装DietPi-RAMlog工具。这些特性使得用户能最大程度地发挥设备本身的性能。
仅提供给进阶爱好者交流使用，不对该系统提供专业技术支持。 烧写步骤：

  • 下载系统固件DietPi_NanoPiNEOAir-armv7-(Jessie)点击下载DietPi_NanoPiNEOAir-armv7-(Jessie)
  • 将文件解压后得到系统固件，在Windows下使用友善官方提供 win32diskimager 工具烧写即可。
  • 烧写完成后，将TF卡插入NanoPi NEO Air，上电即可体验DietPi_NanoPiNEOAir-armv7-(Jessie)。

登录账号：root; 登录密码：dietpi

9 资源链接

9.1 手册原理图等开发资料

9.2 开发文档及教程

9.2.1 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：

9.2.2 使用C语言操作硬件模块开发教程及代码

10 更新日志

10.1 2017-07-05

nanopi-neo-air_ubuntu-core-xenial_4.11.2_20170705: nanopi-neo-air_ubuntu-oled_4.11.2_20170705: nanopi-neo-air_debian-nas-jessie_4.11.2_20170705:

  • Linux-4.x主线内核支持I2S0和NanoHat PCM5102A；
  • Linux-4.x主线内核支持Matrix-2'8_SPI_Key_TFT；
  • 优化内存使用策略，提升系统稳定性；

10.2 2017-06-08

  • 添加Linux-3.4.y和Linux-4.x.y系统固件差异的说明
  • 简化全志原厂BSP的编译操作；

10.3 2017-05-31

nanopi-neo-air_debian-nas-jessie_4.11.2_20170531:
nanopi-neo-air_eflasher_4.11.2_20170531:
nanopi-neo-air_ubuntu-core-xenial_4.11.2_20170531:
nanopi-neo-air_ubuntu-oled_4.11.2_20170531:

  • 升级U-boot版本到2017.05；
  • 升级Linux内核版本到4.11.2；

10.4 2017-05-24

nanopi-neo-air_ubuntu-core-xenial_3.x.y_YYYYMMDD:

  • 增加系统启动欢迎界面；
  • 增加npi-config；
  • 修改WiFi连接的管理方式；

nanopi-neo-air_ubuntu-core-xenial_4.x.y_YYYYMMDD:

  • 首次发布基于Linux-4.x.y内核的ubuntu-core系统；

nanopi-neo-air_eflasher_4.x.y_YYYYMMDD:

  • 首次发布基于Linux-4.x.y内核的eflasher系统；

nanopi-neo-air_ubuntu-oled_4.x.y_YYYYMMDD:

  • 首次发布基于Linux-4.x.y内核的OLED系统；

10.5 2017-04-18

Ubuntu-Core系统更新如下：

  • 修改了登录欢迎界面，当用户登录时会打印系统的基本状态信息；
  • 增加 npi-config 工具，npi-config是一个命令行下的系统配置工具，可以对系统进行一些初始化的配置，可配置的项目包括：用户密码、系统语言、时区、Hostname、SSH开关、自动登录选项等，在命令行执行以下 sudo npi-config 即可进入;
  • 预装NetworkManager作为网络管理工具;
  • 新增pi用户，并配置为自动登录，自动登录特性可以使用npi-config工具配置;

10.6 2017-02-20

  • Ubuntu-Core系统添加了nano编辑器；
  • Ubuntu-Core系统解决了sudo命令提示“unable to resolve host FriendlyARM”的问题；
  • Ubuntu-Core系统将fa用户添加到sudoers中；

10.7 2017-01-22

  • 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；

10.8 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；

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