NanoPi M2

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1 Introduction

Overview
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  • The NanoPi M2 is a high performance ARM Board after the NanoPi 2 and NanoPi 2 Fire, developed by FriendlyARM for hobbysts, makers and hackers for IOT projects. It integrates Gbit Ethernet port, AXP228 power management unit and supports Android5.1 and Debian.
  • Its new style of design makes it smaller than the NanoPi 2 Fire but still keeps all the rich interfaces and ports the NanoPi 2 Fire has. Besides the standard HDMI, USB, audio and Gbit Ethernet it has a Raspberry Pi compatible 40 pin header and supports various video devices including I2C capacitive LCD and CMOS cameras. In addition it has a serial debug port
  • Its support for Debian and Android makes it easily applied in various applications. Hardware wise it works with all the existing accessories, LCDs and sensor modules FriendlyARM has developed. Software wise it works with all the existing image files that the NanoPi 2 and NanoPi 2 Fire work with.

2 Features

  • CPU: S5P4418, 400Mhz~1.4GHz
  • PMU Power Management Unit: AXP228, support software power-off, sleep and wakeup functions
  • DDR3 RAM: 32bit 1GB DDR3
  • MicroSD Slot x1
  • Connectivity: Gbps Ethernet port(RTL8211E)
  • Audio: 3.5mm audio jack/Via HDMI
  • Microphone: 1 x onboard Microphone
  • USB Host: 4 x USB 2.0 Host, two are standard type A ports and the other two are 2.54mm pitch pin headers
  • Micro USB: 1 x USB 2.0 Client
  • LCD Interface: 0.5 mm pitch SMT FPC seat, for full-color LCD (RGB: 8-8-8)
  • HDMI: HDMI 1.4A, Type-A, 1080P60
  • DVP Camera Interface: 0.5mm pitch FPC socket. It includes ITU-R BT 601/656 8-bit, I2C and IO
  • GPIO1: 2.54mm pitch 40pin, compatible with Raspberry Pi's GPIO. It includes UART, SPI, I2C, PWM, IO etc
  • Debug Serial Port: 4Pin 2.54mm pitch pin header
  • User Key: 1 x Power , 1 x Reset
  • LED: 1 x Power LED, 1 x System LED
  • RTC: RTC Pins
  • Power: DC 5V/2A
  • PCB Dimension(mm): 64 x 56, Six Layer
  • OS/Software: u-boot, Android5.1, Debian Jessie 8

3 Diagram, Layout and Dimension

3.1 Layout

NanoPi M2 Interfaces and Ports
NanoPi M201 Interfaces and Ports
  • GPIO1 Pin Spec
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

This GPIO pin spec is a little bit different from that of the NanoPi 2. Here is a comparison table of the two:40 pins GPIO comparison table

  • Debug Port（UART0）
Pin# Name
1 DGND
2 VDD_5V
3 UART_TXD0
4 UART_RXD0
  • DVP Camera IF Pin Spec
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 Pin Spec
Pin# Name Description
1, 2 VDD_5V 5V Output, it can be used to power LCD modules
11，20，29, 37，38，39，40, 45 DGND Gound
3-10 Blue LSB to MSB RGB blue
12-19 Green LSB to MSB RGB green
21-28 Red LSB to MSB RGB red
30 GPIOB25 available for users
31 GPIOC15 occupied by FriendlyARM one wire technology to recognize LCD models and control backlight and implement resistive touch, not applicable for users
32 XnRSTOUT Form CPU low when system is reset
33 VDEN signal the external LCD that data is valid on the data bus
34 VSYNC vertical synchronization
35 HSYNC horizontal synchronization
36 LCDCLK LCD clock, Pixel frequency
41 I2C2_SCL I2C2 clock signal, for capacitive touch's data transmission
42 I2C2_SDA I2C2 data signal, for capacitive touch's data transmission
43 GPIOC16 interrupt pin for capacitive touch, used with I2C2
44 NC not connected
Note
  1. SYS_3.3V: 3.3V power output
  2. VVDD_5V: 5V power input/output. When the external device’s power is greater than the MicroUSB’s the external device is charging the board otherwise the board powers the external device. The input range is 4.7V ~ 5.6V
  3. All pins are 3.3V
  4. GPIO1's pin spec is a little bit different from that of the NanoPi 2. Please refer to this comparison table 40 pins GPIO comparison table
  5. For more details please refer to the document: NanoPi-M2-1602-Schematic.pdf

3.2 机械尺寸

NanoPi M2 Dimensions

详细尺寸：NanoPi-M2-1602-Dimensions(dxf).zip

4 快速入门

4.1 准备工作

要开启你的NanoPi M2新玩具，请先准备好以下硬件

  • NanoPi M2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 M2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 M2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 M2。

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 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 M2，连接HDMI，最后连接电源(5V 2A)，NanoPi M2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 M2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），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 M2，默认密码为：fa123456 。
以下是在iPhone上用VNC登录NanoPi M2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 。

5 Debian系统的使用

5.1 连接有线网络

NanoPi M2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 M2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 M2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 M2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。

7 扩展连接

7.1 连接USB(FA-CAM202)200万摄像头模块

  • NanoPi M2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-Fire

7.2 连接CMOS 500万摄像头模块

  • NanoPi M2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 camera01

7.3 连接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 M2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 M2用C++使用的OpenCV：

  • 首先需要保证你的NanoPi M2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 M2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（官方C++示例代码）在 /home/fa/Documents/opencv-demo, 使用以下命令即可编译： 

cd /home/fa/Documents/opencv-demo
make

编译成功后，得到可执行文件demo
5、这里特别说明：目前NanoPi M2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，所以这里需要临时删除一个video设备，以下命令则是删除video0： 

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

6、以下步骤需要在NanoPi M2上连接键盘后执行： 

./demo

你便可以看到opencv已经用起来，如图：
OpenCV-Fire01

7.4 连接USB WiFi

  • 点击此处,内核编译链接[2]

8 更多OS

8.1 Ubuntu-Core

Ubuntu-Core是一个轻量级的Ubuntu系统，无桌面环境，可通过ssh登录。
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。

  • 访问此处下载地址下载系统固件。
  • 将固件解压后，在Windows下使用友善官方提供 win32diskimager 工具烧写即可。
  • 烧写完成后，将SD卡插入NanoPi M2，上电即可体验Ubuntu-Core。
  • 登录账号：root或fa ; 登录密码：fa

8.2 Ubuntu-Mate

Ubuntu-Mate基于Ubuntu系统，使用的桌面环境是Mate-desktop，界面简洁易用，需配合LCD或者HDMI使用，可通过ssh登录。
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。

  • 访问此处下载地址下载系统固件。
  • 将固件解压后，在Windows下使用友善官方提供 win32diskimager 工具烧写Ubuntu-Mate即可。
  • 烧写完成后，将SD卡插入NanoPi M2，上电即可体验Ubuntu-Mate。
  • 登录账号：root或fa ; 登录密码：fa

8.3 Kali

  • 首先访问此处[3]的下载地址下载需要的固件文件;
  • 准备大于8G的高速microSD卡(建议使用友善官方测试过的SD卡),并插入linux主机，通过命令sudo fdisk -l 查看该sd卡是哪个设备即/dev/sd*。
  • 下载后把文件写到卡里，使用超级用户权限执行下列命令：
xzcat kali-2.0-nanopi2.img.xz | dd of=<YOURDEVICE> bs=1m
  • 烧写完成，将卡插入设备，上电即可开始体验Kali操作系统。

说明：此文件系统是由Kali官方制作，我们仅提供下载链接供爱好者使用，不对此做技术支持。

9 源代码和固件下载链接

  • 烧写固件下载链接：[4]
  • 源代码下载链接：[5]

10 资源链接

11 更新日志

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