كيف طورت الجهاز اللوحي الروسي

يوم جيد يا اصدقاء!



في هذه المقالة ، لن يكون هناك أي Arduino ، Raspberry ، Olimex ، نقل الأجزاء الداخلية للجهاز اللوحي إلى العلبة "المخصصة" المصنوعة من الورق المقوى والمواد اللاصقة ، إلخ. فقط التنمية القاسية ، المتشددين فقط ...

لا أعرف ما إذا كنت قد اخترت عنوانًا كبيرًا جدًا بالنسبة للمقالة ، ولكن يبدو أن كل شيء صادق: التطور الروسي ، وعامل شكل الجهاز اللوحي ، على الرغم من أنه يبدو مثل لبنة "ابتسامة مبتسمة".

بالنسبة لقرائي ، قررت تحديد الخطوط العريضة للمقالة بحيث يمكنك التنقل فيها بسهولة وتخطي النقاط غير الضرورية ، ولكن إذا كنت ستكتب تعليقًا ، فيرجى قراءة كل شيء ، "حتى لا يكون مؤلمًا للغاية للسنوات التي قضيتها بلا هدف ... (ج)".

1. مقدمة فكرة.
2. إجابات على الأسئلة.
3. ما أردت الحصول عليه عند الخروج.
4. وصف الحديد.
5. الآفاق. إذا لزم الأمر.
6. الاستنتاجات تلخيص.

1. مقدمة. فكرة.

كما كتبت سابقًا في مقالاتي ، أنا مهتم جدًا بموضوع إخراج صورة إلى مصفوفة ، وكل ما يتعلق بها. الآن لن تفاجئ أي شخص لديه قشارة مصفوفة ، على شكل لوحات صغيرة مقابل $ 10 - $ 15 ، يمكنك من خلالها إنشاء / إصلاح شاشة أو تلفزيون بسهولة ، لكنني لعبت بالفعل بما يكفي معهم وأريد شيئًا جديدًا.

لقد ولدت فكرة صنع شيء مشابه للكمبيوتر اللوحي منذ فترة طويلة ، ودأبت على تفكيكه باستمرار ، أفكر في كيفية تنفيذه بجهد أقل وتكلفة أكبر مع ربح أكبر. بالطبع ، لست بحاجة إلى الجهاز اللوحي نفسه ، يمكن شراؤه مقابل أموال معتدلة إذا لزم الأمر ، أو كملاذ أخير لإنشاء حالة من الخشب الرقائقي لـ Raspberry ، ولكن لماذا أحتاج إلى Raspberry (ويمكنك حتى شراء حالة جاهزة لذلك)؟ كان من المثير للاهتمام التنفيذ على جهازك مع التطوير الكامل ، ولكنه يحتاج إلى المال ، وقبل كل شيء ، الوقت الذي يفتقر إليه دائمًا (أو في يومك أكثر من 24 ساعة؟).

كان الدافع إلى التنفيذ على الفور حدثين ، الأول - ظهر فجأة العديد من المصفوفات غير الضرورية من 7 إلى 10 بوصات ، الأمر الذي جذبني. بعضها من نوع RGB ، ولكن من بينها أيضًا مصفوفة LVDS ومحرك إضاءة خلفية مدمج ولمس USB. ثانيًا ، كانت هناك حاجة ضعيفة إلى مرجع مضغوط لبرامج تصحيح الأخطاء لـ IMX6 ، حيث سيكون هناك كل شيء تقريبًا وأكثر قليلاً. بالطبع ، كان من الأسهل التخلص من المصفوفات وأخذ مرجع جاهز من الرف ، ولكن الأمر ليس بهذه البساطة ، نستخدم في تصميماتنا مجموعة معينة من الأجهزة الطرفية (برامج الترميز ، والفيزيائيين ، ووحدات التحكم في الشحن ، وما إلى ذلك) التي يجب تصحيحها بوظائف جديدة ، وأردت أيضًا تجربة شيء جديد (والمصفوفات جذابة جدًا). هل يستحق الأمر قضاء شهر من أمسياتك المجانية ، تسأل؟ بالطبع إنه يستحق ذلك!

بهذه الأفكار وصندوق المصفوفات ، بدأت في التنمية. كنت أعرف أنه يمكنني تخصيص القليل من الوقت وفي نفس الوقت لم يكن من الواضح ما إذا كان سيصل إلى التكرار الثاني.


الشكل 1. صورة "الجهاز اللوحي" على جانب لوحة الدوائر.

2. إجابات على الأسئلة

حتى لا تكون هناك أسئلة غير ضرورية ، سأحاول توقع بعض منها وسأجيب عليها فورًا.

2.1 أليس من الأسهل شراء جهاز لوحي؟
- أبسط ، ولكن أقل إثارة للاهتمام.
2.2 كم يكلف وكم سيكلف الطرف؟
- إنها تكلف الكثير ، لكن شركتنا تحملت جميع التكاليف لنفسها لتحقيق نزوة صغيرة. لم يتم التخطيط لأي حزب ، إذا جاز التعبير ، لنفسه.
2.3 أين الضميمة؟ لماذا لم يطبعوها على الطابعة ، ولم يروها من الخشب الرقائقي ، ولم يعتموها من البلاستيسين (وهكذا).
- الآن جمعت كل شيء معًا ، ومن حيث المبدأ ، يمكنك الخروج بشيء حول القضية ، ولكن حتى الآن لا يوجد وقت ولا رغبة. ومع ذلك ، إذا كان الأمر يتعلق بالتكرار الثاني للوحة ، عندما يكون من الممكن تقليل السماكة ، فمن المخطط إنشاء حالة باستخدام صفائح معدنية مصقولة رقيقة من الأسفل لإزالة الحرارة.
2.4 لماذا لم يأخذوا عرض أصغر / أكبر / أنحف؟
- أصبحت الشاشة مجانية ، وكما تعلم ، حصان هدية ...
2.5 لماذا وضعت برنامج الترميز / التغذية / البطارية / الفيزياء ، إلخ.
- تقتصر مجموعة الشرائح على مستودعاتنا وأردت شراء المكونات بأقل قدر ممكن ، لذلك حاولت استخدام ما هو.

يمكن أن تستمر هذه القائمة إلى ما لا نهاية تقريبًا ويمكنك تمديدها في التعليقات ، لكني سأنتهي هنا.

3. ما أردت الحصول عليه عند الخروج.

كانت المعارف التقليدية في الرأس فقط ، وتوسعت مع إضافة أوراق جديدة للمخطط في ألتيوم. بالطبع ، أردت أن أعصر كل ما هو ممكن من المعالج. في المرحلة الأولى ، وربما في النهاية ، تقرر أن تفعل كل شيء على وحدتنا ، حيث أن لوحتها تتكون من 8 طبقات ، وللوحة الأم لن أحتاج إلى أكثر من 4.

الواجهات:

3.1 LVDS - قناة واحدة لمصفوفة 10 بوصة + لمسة سعوية.
3.2 إيثرنت - 1000/100/10 (قادم).
3.3 الصوت - ترميز مع عدة قنوات للإدخال والإخراج + مكبرات صوت وميكروفون مدمج.
3.4 HDMI - موصل قياسي لتوصيل الشاشة.
3.5 SATA - توصيل محرك أقراص SSD خارجي.
3.6 الكاميرا - واحدة ويفضل اثنان + فلاش.
3.7 الحبر الإلكتروني - شاشة صغيرة لعرض الإخطارات والوقت وطاقة البطارية والشبكات ، إلخ.
3.8 GPS - أي وحدة لتتبع الموقع.
3.9 CAN - تفاضلي لتوصيل الأجهزة الخارجية.
3.10 بطاقة SD - تصحيح وتنزيل البرامج. تخزين البيانات.
3.11 WiFi / BT / 4G - على USB داخل العلبة (أدناه سأشرح لماذا).
3.12 USB - على الأقل 5 قطع + OTG + وحدة تحكم.
3.13 التسارع - لقلب الشاشة.
3.14 RTC - شريحة منفصلة لتخزين الوقت عندما يتم إلغاء تنشيط الجهاز تمامًا.
3.15 NFC هو قارئ للعب معه.
3.16 أزرار التحكم - تشغيل / إيقاف / حجم / إعادة تعيين.
3.17 بطارية - 3.7 فولت ، 4-6 أمبير.
3.18 الطاقة 5-18 فولت.
3.19 نظام التشغيل Linux.

هذا كل ما اريد. أدناه سوف أشرح بعض النقاط المتضاربة حول سبب ذلك.

4. وصف الحديد

من الإنصاف أن نقول لماذا كل نفس الشيء على الوحدة ، وليس على الفور على لوحة مكونة من 8 طبقات. من الأصح نقل كل شيء إلى لوحة واحدة فقط بعد تصحيح المحيط بأكمله ، إذا كان على الإطلاق. يكلف تكرار واحد من اللوحة (4-6 قطع) على ثماني طبقات (60 مم × 40 مم) حوالي 50tr + مكونات - وهذا لائق جدًا ، لذلك فهو أكثر صحة في التخطيط. البروتوكولات الموجودة على الوحدة هي 4 نواة ، كل منها 1 غيغاهرتز.


الشكل 2. طباعة عناصر الجسم

أول شيء فكرت فيه كثيرًا هو الواجهات اللاسلكية. يجب أن يكون هناك العديد ، ويجب أن يكونوا على متن الطائرة. مع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ، تم تحديد كل شيء من تلقاء نفسه ، لقد استخدمت وحدة SIM33 بشكل متكرر مع هوائي مدمج ، وهي تعمل بشكل جيد ، على الرغم من أنها ليست رخيصة ، إلا أنها تحتوي على خرج UART وقد رسمت بالفعل بصمة عليها).

يمكن أيضًا تنفيذ Wi-Fi / BT كوحدة نمطية على اللوحة ، نظرًا لوجود الكثير منها ، ولكن في الوقت الحالي نقوم بتأجيل هذه المشكلة. تأتي أجهزة مودم 4G بأشكال ووحدات مختلفة على الموصل وعلى اللوحة للحام و USB. يلتقط البرنامج مكسيم (مبرمجنا) ، الذي لا يزال متحمسًا ، واقترح تثبيت العديد من USB على اللوحة لتلصق عصي Wi-Fi / BT (التي استخدمناها بشكل متكرر) ، وحاول أيضًا رفع مودم 4G USB ، على سبيل المثال ، Yota أو شيء ما مثل (ماذا يحدث). في هذه الحالة ، لدينا أيضًا مكالمات. لذلك تقرر القيام بذلك.

يوجد داخل اللوحة 3 USB ، أ) Wi-Fi / BT ، ب) مودم 4G ، ج) وحدة لوحة مفاتيح / ماوس لاسلكي. يحتوي IMX6 على منفذي USB فقط ، في حين أن أحدهما هو OTG وقد يكون مطلوبًا لتصحيح الأخطاء ، وبالتالي يتم عرضه على اللوحة الخلفية في شكل موصل miniUSB. ينتقل USB الثاني إلى محور TUSB2077 من TI ، والذي يحتوي على 7 منافذ على الإخراج ، وقد قام Maxim بالفعل برفع برنامج التشغيل في وقت سابق ، لذلك استخدمته. يوجد 3 منافذ USB على اللوحة الخلفية لتوصيل الأجهزة الخارجية. microUSB آخر على اللوحة الخلفية لإخراج رقاقة uart وحدة التحكم لتصحيح الأخطاء (عبر CP2102 على اللوحة الرئيسية).

اختارت شاشة E-Ink لونًا ثلاثيًا (رمادي / أسود / أحمر) ، وهو أحد أكثر الألوان شيوعًا في Arduino. لم يتم شراؤها بعد ، لأنها لم تصل إليها بعد. لقد وجدت أنه من المثير للاهتمام أن تقرر عدم تشغيل الشاشة ، ولكن لعرض بعض المعلومات على شاشة صغيرة وتحديثها من حين لآخر. أنا أيضًا أريد حقًا اللعب مع الحبر الإلكتروني.


الشكل 3. عرض صور E-Ink.

تحتوي وحدة IMX6 الخاصة بنا على موصل (هناك ثلاث فولتات طاقة ، I2C ، إعادة تعيين ، PWM ، إلخ.) لتوصيل كاميرا OV5640-M4320 ، حتى اثنتين ، بصرامة MIPI_CSI. لذا عملت كاميرا واحدة (مباشرة إلى موصل الوحدة) ، ولكن بسؤالين. عادة ما تكون حلقة هذه الكاميرا من 3 سم إلى 12 سم. على اللوحة ، وجهت MIPI_CSI إلى الأماكن الصحيحة على اللوحة ، لكنني لم أتحقق منها بعد. شيء ما يخبرني أن هذه الواجهة لن تعمل عند 15-20 سم ، أو أنها ستتأخر.


الشكل 4. كاميرا صور OV5640-M4320.

هذه هي 5 ميجابيكسل مع ضبط تلقائي للصورة.

من المخطط عمل فلاش للكاميرا على الجزء الخلفي من الجهاز ، لذلك قمت بعمل وشاح محمول (الفتحة من هذا الوشاح مرئية على لوحة الدائرة ، قمت بتوجيهها مباشرة إلى الرئيسي ، حتى لا تأمر بشكل منفصل) على حلقة مع LED (MP-3030-1100- 56-95) ووضع برنامج تشغيل ADP1653 على فلاش اللوحة الرئيسية. لم أعتقد أبدًا أن الفلاش يحتاج إلى مزامنة واضحة تمامًا مع الإطار (على الرغم من أن هذا منطقي) ، يمكن لبرنامج التشغيل هذا القيام بذلك باستخدام I2C ، وهو على الأرجح غير مناسب للانقطاع الخارجي. دعونا نرى متى يحين الوقت ، كيف حدث ذلك.

يحتوي IMX6 على RTC مدمج ، والذي لم يكن أداؤه جيدًا من حيث استهلاك الطاقة ، أو لم أشاهد شيئًا ، لذلك قررت تثبيت شريحة PCF8523 خارجية ، والتي تحتوي على برنامج تشغيل يعمل بشكل كامل لنظام Linux. إن وظيفة مزامنة الوقت نفسها ليست مثيرة للاهتمام بالنسبة لي بشكل خاص ، حيث يمكن القيام بها عبر الشبكات ، ولكن الاستيقاظ من الحدث أمر ضروري. أضع معجزة التطوير هذه على طاولة السرير وانتظر حتى ينطلق الإنذار ، تمامًا مثلما ارتفع Nokia 3310 من الحالة خارج.

عند تطبيق الجهد الخارجي (يتم إيقاف تشغيل الجهاز) ، يتم تنشيط ما يلي: وحدة التحكم في الشحن BQ25895 و RTC والمشرف STM6601 ، والتي تتحكم في مصدر الطاقة الثانوي بلمسة زر أو برفق (إذا أردنا عدم قطع الطاقة وإغلاق نظام التشغيل بشكل صحيح ثم إيقاف تشغيل الطاقة ثم ) ونتيجة لذلك ، تحول مصدر الطاقة إلى تصميم مثير للاهتمام إلى حد ما ، لم يكن لدي الوقت لأخذ قياسات الاستهلاك في أوضاع مختلفة ، ولكن مع إغلاق الأجهزة للمحيط بأكمله ، يجب أن يتحول بشكل جيد. ونتيجة لذلك ، لا يحتوي "الجهاز اللوحي" على هذا "الاستعداد" ، ويتم تشغيل STM6601 و PCF8523 مباشرة من بطارية Li-Ion (3.7V) + إلى بطارية RTC 2016 أو 2032 (حامل عالمي). تم توصيل بطارية 2.3A الآن (على وشك الوصول إلى 6A) ، في وضع العرض على سطح المكتب ، تستمر الشحنة حوالي 30 دقيقة - وهذا بالطبع صغير جدًا ، ولكن دعونا نرى ما يحدث مع بطارية ممتلئة.

مطلوب مقياس التسارع LIS331 فقط لتتبع الموضع ، ولتقلب الشاشة ، لذلك أضع ما استخدمته بالفعل. شريحة جيدة مع واجهات ومقاطع I2C / SPI.

تم تزويد موصل SATA متكامل من النوع "أريد ، لماذا لا)". أفهم أن الأجهزة اللوحية تستخدم eMMC / NAND ، ولكن نظرًا لوجود واجهة ، فلماذا لا تستخدمها؟ نظرًا لوجود مساحة كافية في هذا الإصدار 2.5 SSD - فليكن.

أصر مكسيم على تثبيت NFC. ما زلت لا أعرف ماذا سيفعل بهذه الواجهة ، ولكن ما الذي لا يمكنك فعله لأهواء المبرمج؟ صحيح ، أنا لا أريده حقًا أن يحاول الدفع في متجر البقالة ، وتطبيق هذا الجهاز على قارئ لاسلكي.

أحيانًا ما تكون هناك حاجة إلى CAN في تصميماتنا ، لذلك قمت بتثبيت فيزياء TJA1040T ، ولدينا بالفعل سائق لها ، يمكننا العمل معها ، حتى توصيلها بسياراتنا ونظرت إلى الطاولات. شيء مثير للاهتمام.

برنامج الترميز ADAU1761 مرة أخرى ، لتشعر بكل متعة العمل مع الصوت. بادئ ذي بدء ، كان هو الذي تم تصوره (وليس SGTL5000 ، وهو أيضًا ليس شيئًا) لتصحيح أخطاء البرامج الثابتة لـ DSP المدمج (SigmaStudio). لذلك ، يوجد على الجدار الخلفي موصلان للسماعات (من خلال مكبر الصوت) ، على الموصل الجانبي للميكروفون الداخلي ، بالإضافة إلى العديد من المدخلات / المخرجات (المتبقية) لمقابس 3.5 ملم على اللوحة الأمامية.

بدا إخراج HDMI مناسبًا جدًا بالنسبة لي ، وعلى موصل قياسي. قبل ذلك ، وضع microHDMI في التطوير ، ولكن يبدو لي أن هذا لا معنى له إلا عندما تكون الأبعاد محدودة.

لكي يعيش كل هذا بطريقة أو بأخرى ولا يستهلك 100500 أمبير في نفس الوقت ، أضع رقاقة TCA6424 على اللوحة - هذا هو موسع GPIO ، والذي يعمل في هذه الحالة كمفتاح تبديل للأجهزة الطرفية. SATA ، الشاشة (قوتها وإضاءة الخلفية) والصوت (برنامج الترميز ومكبر الصوت) ومقياس التسارع و GPS وكل شيء آخر متصل بالطاقة عبر مفاتيح الترانزستور TPS27081 هو مفتاح ترانزستور مزدوج يمكن أن يقطع الطاقة إلى 8 فولت وما يصل إلى 3 أمبير. لذلك بالإضافة إلى أي من أوضاع سكون البرنامج ، يمكنك تعطيل الواجهات. يتم التحكم في الموسع بواسطة I2C ، بحيث يمكنك كتابة برنامج شاشة يمكنه إيقاف تشغيل كل شيء على حدة.

الآن لماذا كل نفس لينكس. وفقًا لـ Maxim ، من الأسهل بكثير تشغيل كل شيء على Android ، ولكن كما أظهرت الممارسة ، لدينا المزيد من المشاريع لنظام التشغيل Linux. نعم ، من المرجح أن تكون هناك ضجة ، ولكن يبدو لي أنه مع Xubuntu (الآن على الجهاز) ، يكتسب "الجهاز اللوحي" بعض الأصالة وأكثر ملاءمة لمهامنا.


الشكل 5. لوحة الدوائر.


الشكل 6. المجلس مع المكونات المثبتة.


الشكل 7. الإطلاق الأول.

5. الآفاق. إذا لزم الأمر.

بادئ ذي بدء ، بالطبع ، أريد تقليل أبعاد السماكة. هناك طريقة واحدة فقط لتحقيق ذلك: نقل المعالج إلى اللوحة وتغيير هندسته. سيتم تبرير رفض SATA ، سيكون من الأصح وضع eMMC على 64/128 جيجابايت (في الوقت الحالي يكلف 8 جيجابايت). لا ينبغي أن تكون البطارية على اللوحة ، ولكن بجانبها ، بشكل عام ، بشكل عام ، نعلم جميعًا موقع العناصر داخل الأجهزة اللوحية ، فقد تم اختراع كل شيء بالفعل من أجلنا. لقد كتبت بالفعل عن الحالة أعلاه ، أود الحصول على لوحة تبريد ، لم أفكر حقًا في كيفية تنفيذ العناصر المتبقية.


الشكل 8. في الحالة. إدخال / إخراج الصوت.


الشكل 9. جهاز مجمّع.


الشكل 10. اللوحة الخلفية

6. الاستنتاجات. تلخيص.

نظرًا لأن المشروع قيد التطوير (الآن برنامجًا) في وقت فراغه من العمل ، لم يتم رفع كل شيء. مكسيم يشهد شيئًا ويبدأ "الجهاز اللوحي" في الحياة تدريجيًا ، لكن النهاية ليست مرئية بعد.

في رأيي ، تبين أن الجهاز قابل للتطبيق تمامًا للمهام الموضحة أعلاه. لقد قمت بتثبيت مشغل VLC والآن يمكنك مشاهدة الفيلم على الشاشة الصغيرة)). إذا ، في الجوهر ، فإن فكرتي قد تحققت بالكامل تقريبًا (التكرار الأول) ، دون احتساب الحالة. من خلال لحام الوحدة على اللوحة ، يمكنك الحصول على سمك إجمالي لا يزيد عن 23 مم - وهذا بالطبع قاسي للإلكترونيات الأجنبية الحالية ، ولكن بالنسبة للنموذج الأولي ، فإنه مقبول تمامًا.

ملاحظة: رابط للمصدر github.com/boundarydevices/linux-imx6/commits/boundary-imx_4.9.x_1.0.0_ga

أتمنى لكم كل النجاح في مساعيكم!