अनुवादक से: लिबरम 5 (रेंडर करने पर) - प्युरिज्म से लिनक्स के लिए एक सुरक्षित स्मार्टफोन, जो क्राउडफंडिंग के कारण सबसे खुले हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर पर बनाया गया है।

आज हम लिबरम 5 डेवलपर किट के विकास के बारे में बात करेंगे और हमने इसके विकास में केवल 100% मुफ्त सॉफ्टवेयर का उपयोग कैसे किया।

डेविटक डिज़ाइन को GNU GPLv3 + लाइसेंस की शर्तों के तहत प्रकाशित किया गया है, Git हार्डवेयर रिपॉजिटरी यहाँ है ।

KiCad - EDA के लिए स्पष्ट विकल्प

विकास शुरू करने से पहले, यह स्पष्ट नहीं था कि परियोजना को विकसित करने का कौन सा तरीका है। विशेष रूप से, इलेक्ट्रॉनिक डिजाइन (ईडीए) के स्वचालन के लिए कौन सा उपकरण चुनना है। प्रारंभ में, विचार था कि देवकी के लिए सभी आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए FEDEVEL से i.MX 6QP OpenRex बोर्ड को बदल दिया जाए, लेकिन हमें तुरंत दो मुख्य समस्याओं का सामना करना पड़ा: इसमें पुरातन i.MX 6QP प्रोसेसर का उपयोग किया गया, और इससे भी बदतर, बोर्ड को Altium मालिकाना प्रणाली में विकसित किया गया था । सौभाग्य से, मेरे पास पहले से ही EDA KiCad का उपयोग करके इलेक्ट्रॉनिक्स डिजाइनिंग का अनुभव था, इसलिए हम 100% मुफ्त सॉफ्टवेयर का उपयोग करके एक देवकिट डिजाइन बनाने में कामयाब रहे।

KiCad एक स्पष्ट विकल्प है, न केवल मुक्त लाइसेंस (GNU GPLv3 +) के कारण, बल्कि इसलिए भी कि यह एक बहुत ही कार्यात्मक इलेक्ट्रॉनिक्स डिज़ाइन किट है जो कुछ महंगे स्वामित्व वाले टूल से भी आगे है।

आवश्यकताओं को पूरा करने वाले घटकों का चयन

देवकिट विकास में पहला कदम उन घटकों को खोजना है जो अभियान के दौरान पहचानी गई आवश्यकताओं को पूरा करते हैं। घोषित विनिर्देशों को देखने के अलावा, घटकों की खोज करते समय, हमने कुछ अतिरिक्त घंटियाँ और सीटी जोड़ने का फैसला किया; जिनमें शामिल हैं:

• प्रभारी नियंत्रक (BQ25896)
• वैकल्पिक लिथियम आयन बैटरी के लिए 18650 बैटरी धारक
• यूएसबी-सी
• मिनी एचडीएमआई
• एसडी कार्ड नियंत्रक और माइक्रो-एसडी स्लॉट (i.MX 8M के रूप में केवल दो uSDHC नियंत्रक हैं)
• ईथरनेट / RJ45
• ऑडियो कोडेक
• इयरपीस स्पीकर
• माइक्रोफोन
• CTIA / AHJ 4-पोल 3.5 मिमी हेड फोन्स जैक (बिल्ट-इन और बाहरी माइक्रोफोन के बीच विकल्प)
• GPG स्मार्ट कार्ड रीडर
• कंपन मोटर
• प्रोग्राम एलईडी
• वॉल्यूम और पावर बटन
• हार्डवेयर स्विच और बूट मोड स्विच
• फ़्लैश मेमोरी 16Mb SPI NOR
• वास्तविक समय घड़ी (RTC)

जैसा कि योजना बनाई गई थी, हमने UART डिबगिंग संपर्कों के लिए छेदों के माध्यम से जोड़ा जो कि डिफ़ॉल्ट रूप से व्यस्त नहीं हैं (यूएसबी ओवर द सीरियल डिफॉल्ट छवि पर चलता है जो डेविट के साथ आता है)। संकेत: यदि आप सोल्डरिंग पसंद नहीं करते हैं, तो हेडर प्रेस फिट का समर्थन करता है, ऑटोसप्लिस भाग संख्या 23-1063 की तलाश करें। बोर्ड पर एक सहायक सतह SMD 2 × 5 JTAG है, और इसकी फ़ंक्शनलिटी को प्रोटोटाइप पर परीक्षण किया गया है; यदि आप आसपास खेलने में रुचि रखते हैं, तो भाग संख्या GRPB052VWQS-RC देखें।

डब्ल्यूडब्ल्यूएएन / बेसबैंड मॉडेम और वाईफाई + बीटी के लिए, यह स्पष्ट था कि आपको कुछ तैयार किए गए मॉड्यूल खोजने की आवश्यकता है, उदाहरण के लिए, सतह माउंट के साथ। एक प्रारंभिक चरण में, निकोल के पास mPCIe और M.2 मॉड्यूल का उपयोग करने का शानदार विचार था ताकि भविष्य में उन्नयन की संभावना के साथ भक्त मॉड्यूलर हो जाएं। अंत में, हम mPCIe SIMCom SIM7100A / E मॉडेम मॉड्यूल और M.2 RedPine RS9116 वाई-फाई + बीटी मॉड्यूल पर बसे।

ड्राइंग शुरू करें

अनुसंधान चरण के अंत में, हमें अपने विचारों को लागू करना शुरू करना चाहिए। I.MX 8M क्वाड प्रोसेसर अभी बाजार में आया है। विकास में शुरुआत से एक सफलता पाने के लिए, साथ ही साथ मॉड्यूलरिटी और भविष्य के अपडेट की संभावना को जोड़ने के लिए, हमने SoC, SDRAM, eMMC और PMIC सहित सिस्टम-ऑन-मॉड्यूल (SOM) विकल्प को चुना है। लेकिन विकास के शुरुआती दौर में, जब हम सिर्फ आरेख बनाना शुरू कर रहे थे, तब हमारे लिए कुछ एसओएम के धारावाहिक उत्पादन अभी भी शुरू नहीं हुए थे। अप्रैल के मध्य के आसपास, हमने एमक्राफ्ट के साथ अच्छे संबंध स्थापित किए, जो सिर्फ पहले बड़े एसओएम उत्पादन चक्र में शामिल हुआ था और हार्डवेयर आर्किटेक्चर विनिर्देश को जारी करने के करीब था। हमने तय किया कि EmCraft के SOM और उनके संसाधन ठीक वही हैं जो हमें चाहिए। जैसे ही एक विशिष्ट SOM का चयन किया गया, हमने तुरंत चित्र बनाना शुरू कर दिया।

योजनाओं की तैयारी के साथ देवकित के लिए विशिष्ट घटकों के चयन की प्रक्रिया को एक साथ किया गया। सभी कार्य गिट संस्करण नियंत्रण प्रणाली में किए गए थे।


अंजीर। 1. 2 मई की योजना का प्रारंभिक संशोधन (जीआईटी प्रतिबद्ध 023915d5 का हैश)

योजनाओं के पूरा होने पर, हमने नेटलिस्ट फ़ाइल का निर्यात किया, जिसने हमें जीवन में देवकित के कार्यान्वयन के करीब लाया।

मॉडलिंग HP_DET

KiCad के अलावा, मुफ्त सॉफ्टवेयर से हमने एक हेडफोन सेंसर चिप का अनुकरण करने के लिए Qucs-S नामक एक उपकरण और एक SPICE- संगत Xyce एमुलेशन टूल का भी उपयोग किया, जिसमें एक ही जेनर डायोड शामिल है, जो उच्च या बहुत कम इनपुट वोल्टेज को HP DAC से जारी करने से बचाता है। ऑडियो कोडेक। Qucs-S और Xyce के संयोजन ने MMSZ4688T1G डायोड में MMS-SP4 -Model का उपयोग करना संभव बना दिया, जो एक साथ सक्रिय HP DAC के साथ 3.5 मिमी रिक्त कनेक्टर की भौतिक स्थिति का सबसे अच्छा प्रतिनिधित्व करता है।


अंजीर। 2. Qucs-S और Xyce का उपयोग करके HP_DET स्कीमा को मॉडलिंग करना

यह नकल, साथ ही एक साधारण डीसी केस, जहां 3.5 मिमी कनेक्टर का आंतरिक स्विच खुला है और 1MΩ केवल 3V3_P के डिफ़ॉल्ट वोल्टेज तक पहुंचता है, यह सुनिश्चित करता है कि विशिष्ट सुरक्षा विधि वास्तव में काम करती है।

साइट्स बनाएं

जून के मध्य के आसपास, हमने सामग्री सूची (बीओएम) का संकलन पूरा कर लिया, घटकों के लिए आदेश देना शुरू कर दिया और डिवाइस (चिप्स, कनेक्टर्स, मॉड्यूल, आदि) में सभी साइटों की रूपरेखा बनाना शुरू कर दिया। हमने प्रलेखन से अनुशंसित विशेषताओं को लिया और चार बार जाँच की कि सब कुछ सही था।


अंजीर। 3. प्रभारी नियंत्रक का मंच BQ25896 (देव बोर्ड पर U301, SOM के तहत स्थित)

KiCad के शानदार 3D व्यूइंग मोड में, हमने लगभग सभी घटकों की त्रि-आयामी रूपरेखा बनाई।


अंजीर। 4. चार्ज कंट्रोलर BQ25896 का 3D मॉडल

KiCad स्तर-दर-स्तर योजना, तारों और अद्यतन करना

प्रारंभिक चरण में, एक त्वरित स्तर की योजना बनाई गई थी ताकि यह पता लगाया जा सके कि एकीकृत सर्किट के किस क्षेत्र (90 × 180 मिमी) का उपयोग किया जाएगा और बड़े घटकों (कनेक्टर्स, सॉकेट्स, कार्ड स्लॉट्स, mPCIe और M.2 सॉकेट्स, मॉड्यूल आदि) को कहां रखा जाए। डी।)। ब्रेडबोर्ड पर प्लेसमेंट के बाद, कुछ विवरण अभी भी चले गए, लेकिन जल्दी से खुद को विशिष्ट स्थानों पर तय किया।

जून के अंत में, हमने USB-C (a1bfc689) के साथ शुरुआत करते हुए वायरिंग शुरू की। इसने प्रोटोटाइपिंग की शुरुआत को चिह्नित किया।


अंजीर। 5. पहले तारों के साथ प्रतिबद्ध


अंजीर। 6. अंत में USB-C लेआउट क्या था?


अंजीर। 7. घटकों और तारों को रखने से पहले सर्किट का एक प्रारंभिक संस्करण

वायरिंग प्रक्रिया को काम की गति के बीच एक नाजुक संतुलन की आवश्यकता होती है और यह सत्यापित करने के लिए कि सब कुछ त्रुटियों के बिना सही ढंग से किया गया था, जिसमें प्रतिरोध नियंत्रण पटरियों की सावधानीपूर्वक वायरिंग और संवेदनशील एनालॉग लाइनें शामिल हैं।

प्रारंभ में, कोई निश्चितता नहीं थी कि कितने परतों की आवश्यकता थी और क्या घटकों को बोर्ड के दोनों किनारों पर रखा जाना चाहिए। हम जानते थे कि i.MX 8M बोर्ड में दोनों तरफ आठ परतें और घटक थे, लेकिन हमें यकीन था कि हम परतों की संख्या कम कर सकते हैं। हमने जल्दी से महसूस किया कि बोर्ड के रिवर्स साइड पर आपको निश्चित रूप से घटक लगाने होंगे, क्योंकि फोन पर कुछ मॉड्यूल डिस्प्ले कनेक्टर, निकटता / प्रकाश संवेदक, प्रोग्रामेबल एलईडी, स्पीकर और माइक्रोफोन सहित बोर्ड के "बैक" साइड पर स्थित होते हैं। दोनों तरफ घटकों की उपस्थिति ने लेआउट प्रक्रिया को थोड़ा आसान बना दिया, क्योंकि यह एक छोटी सी जगह को मुक्त कर देती है जहां आप SPI NOR फ़्लैश मेमोरी, कार्ड रीडर, RTC, 2.8V LDO, विभिन्न IC और अन्य घटक रख सकते हैं। परतों की संख्या के लिए, हमने इसे छह तक कम करने का फैसला किया। हमने दो और अतिरिक्त परतों को जोड़ने का फैसला किया, जब हम एक मृत अंत में फंस जाते हैं और कोई भी चेन नहीं बिछा सकते। सौभाग्य से, ऐसा नहीं हुआ और एक छह-परत डिजाइन था।

हमने एक सामान्य लेआउट का उपयोग करने का निर्णय लिया जो तारों की आसानी के बीच एक इष्टतम संतुलन प्रदान करता है और अनजाने में उत्सर्जन को कम करता है। ढांकता हुआ सब्सट्रेट के रूप में, हमने NAN YA से NP-180TL कॉपर फ़ॉइल लैमिनेट का इस्तेमाल किया, जिसकी हमारे लगभग 1.7 GHz की औसत ऑपरेटिंग आवृत्ति पर लगभग 4.11 की सापेक्ष पारगम्यता है। इस व्यवस्था का उपयोग करके microstrip और कॉपलनार वेवगाइड बोर्ड फीड लाइनों (CPW) के लिए RF फीड लाइन की हमारी गणना Git रिपॉजिटरी में पाई जा सकती है।


अंजीर। 8: देवकित परतों का लेआउट

KiCad में देवकिट को लागू करने से पहले, हम नहीं जानते थे कि अल्फा संस्करण जारी करना है या 4.0.7 जैसी क्लासिक अधिक स्थिर रिलीज़ से चिपके रहना है। यद्यपि "नाइटली बिल्ड" में कई उपयोगी विशेषताएं हैं, फिर भी हमने स्थिर रिलीज रखने का फैसला किया, ताकि हमें अक्सर KiCad को अपडेट नहीं करना पड़े और कई युगपत संस्करणों की उपस्थिति का जोखिम उठाना पड़े।

जब हमने काम शुरू किया, तो KiCad संस्करण 5.0.0 जारी किया गया था! 16 जुलाई को, हमने बिना किसी समस्या के KiCad 5.0.0 (विशेष रूप से, 4f70b865 और a4e3de8a कमिट) को प्रोजेक्ट को अपग्रेड किया। सौभाग्य से, यह अपडेट हमारे अधिकांश निष्क्रिय घटकों को 0603 से 0402 तक के संक्रमण के साथ मिला, क्योंकि KiCad में नए पैड पुराने डिफ़ॉल्ट मानों से थोड़े अलग हैं, और पैड में गोल कोने हैं जो लीड-फ्री सोल्डर के लिए अधिक प्रभावी हैं।

5.0.0 पर अद्यतन करने के बाद, हमने प्रोटोटाइप पर ध्यान केंद्रित किया - और एक महीने के भीतर (9 अगस्त को 9 बी 4 डी 2 ई 0 के साथ) एक अनिर्धारित सर्किट की संख्या को शून्य पर लाया।


अंजीर। 9: 14 अगस्त को 9b4dd2e0 के साथ रिलीज़ होने वाले उम्मीदवार ने अनिर्धारित सर्किट की एक शून्य संख्या दर्ज की

लेआउट को पूरा करने और डिजाइन नियमों की जांच (डीआरसी) की जांच करने के बाद, हमने एक सप्ताह के लिए लेआउट को साफ किया।

जब एक बोर्ड का प्रोटोटाइप होता है, तो सबसे उपयोगी संसाधन आधिकारिक प्रलेखन से एकीकृत सर्किट के प्रोटोटाइप के लिए एक संदर्भ मार्गदर्शिका और एक टॉरडेक्स प्रोटोटाइप गाइड थे ।


अंजीर। 10. अंतिम लेआउट (तांबे लेपित क्षेत्रों छिपे हुए हैं)

फ़ाइलें निर्यात करें और उत्पादन को भेजें

लेआउट पूरा होने के बाद, बोर्डों के उत्पादन और विधानसभा के लिए आवश्यक सभी फाइलों को निर्यात करना आवश्यक था। KiCad को Gerber फ़ाइलें निर्यात करना काफी सरल है। हालांकि, ठेकेदार ने विधानसभा के लिए एक और योजना और लेआउट का अनुरोध किया, जिसके लिए कुछ प्रयास की आवश्यकता थी।

निर्यात पूर्वावलोकन फ़ाइलों के लिए, हम आमतौर पर gEDA से Gerbv का उपयोग करते थे। यहाँ हमारे देवक जेरबसेन में कैसा दिखता है - यह उपकरण वेब रेंडरिंग के लिए गार्बव और इमेजमैगिक का उपयोग करता है।


अंजीर। गेरब में देखने पर 11. गेरबर डेविकट फाइलें

वांछित प्रकार की ड्राइंग बनाने के लिए, हमने F.Fab / B.Fab परतों का उपयोग किया। वे बोर्ड पर सभी घटकों के स्थान, आकृति, ध्रुवीयता और संदर्भ प्रतीक प्रदर्शित करते हैं। प्रत्येक साइट के लिए F / B.Fab परतों का उपयोग करके, हम F.Fab और B.Fab को अलग-अलग पीडीएफ फाइलों में प्रिंट करके और फिर उन्हें एक दस्तावेज़ में जोड़कर अंतिम ड्राइंग बनाने में सक्षम थे।


अंजीर। 12. एसओएम से योजना

इससे भी अधिक उत्पादन के लिए एक योजना पर काम करना था। ऐसा करने के लिए, आपको Cmts.User परत से नोट्स को एक DXF संग्रह के रूप में सर्किट बोर्ड के साथ निर्यात करना था, और फिर ड्रिलिंग छेद के लिए सभी चिह्न एक अन्य DXF संग्रह के रूप में निर्यात करना था। इन दो फ़ाइलों को बनाने के बाद, उन्हें पूरी साइट (पदचिह्न) की ड्राइंग में जोड़ा जाता है। इस विशेष "पदचिह्न" को प्राप्त करने के बाद, जो दो डीएक्सएफ फ़ाइलों को जोड़ती है, हम लेआउट में लगभग सब कुछ छिपाते हैं - और इस विशेष पदचिह्न को "कारखाने के लिए" (अस्थायी लेआउट को सहेजे बिना) आयात करते हैं। फिलहाल, आपको जो कुछ भी चाहिए वह डग पर है। उपयोगकर्ता परत; इसलिए, आप इसे उत्पादन के लिए अंतिम पीडीएफ में फ्रेम के साथ प्रिंट कर सकते हैं।


अंजीर। 13. ड्रिलिंग छेद के लिए टैग

इन सभी फाइलों और दस्तावेजों के साथ, IPC-D-356 कनेक्शन सूची का उपयोग किया जाता है, जिसके साथ संयंत्र "उड़ान जांच" विधि का उपयोग करके परीक्षण कर सकता है और सत्यापित कर सकता है कि कोई शॉर्ट सर्किट या ओपन सर्किट नहीं है। हमने एक CSV फ़ाइल भी तैयार की (ताकि कारखाना जानता है कि सभी घटकों को कहाँ रखा जाए और कैसे उन्मुख किया जाए), और, आखिरकार, एक मैन्युअल रूप से संपादित GenCAD फ़ाइल (फ़ैक्टरी सोल्डरिंग रोबोट के प्रोग्रामिंग के लिए)।

प्रोटोटाइप परीक्षण

हमने उत्पादन के लिए अंतिम फाइलें भेजीं, ठेकेदार के सभी सवालों के जवाब दिए और उनके द्वारा पूछे गए सभी चीजों को बदल दिया। फाइलें अगस्त के अंत के आसपास भेजी गई थीं - और हम इस बात का इंतजार कर रहे थे कि जब हमारी डिजाइन शेन्ज़ेन में असेंबली लाइन से टकराए। दुर्भाग्य से, जैसा कि हमने ब्लॉग पर बताया था , प्रोटोटाइप उत्पादन में महत्वपूर्ण देरी अप्रत्याशित परिस्थितियों के कारण हुई, जैसे कि गंभीर मौसम और गोल्डन वीक [चीन में राष्ट्रीय अवकाश - लगभग। ट्रांस।]। इन देरी के कारण, हमने एक घरेलू संयंत्र में प्रोटोटाइप के उत्पादन का आदेश देने का फैसला किया, जिसने हमें चीनी की तुलना में दो सप्ताह तेजी से बोर्ड दिया।


अंजीर। 14. प्रोटोटाइप पैनल देवकिता v0.1.2 (विधानसभा से पहले)

प्रोटोटाइप के एक छोटे से बैच को इकट्ठा करने के बाद, उन्हें डिबगिंग और सॉफ्टवेयर विकास के लिए जल्दी से हमारे इंजीनियरों के पास भेजा गया। सौभाग्य से, सार्वजनिक चर्चा और डिजाइन के व्यापक विश्लेषण के लिए धन्यवाद, हार्डवेयर में बहुत कम त्रुटियां थीं (लेआउट के तीन अपेक्षाकृत मामूली समायोजन / सर्किट की सूची और एक मैकेनिकल फिक्स)। अगले दो महीनों में, सॉफ़्टवेयर को चमकाने के लिए प्रोटोटाइप का उपयोग किया गया था।

अंतिम उत्पादन और वितरण

शुरुआत और मध्य नवंबर के आसपास, लगभग सभी हार्डवेयर सबसिस्टमों को डिज़ाइन करने और जांचने के लिए मामूली समायोजन करने के बाद, हमने उत्पादन और अंतिम असेंबली के लिए फ़ाइलों को फिर से निर्यात और फिर से जारी किया। हमारे कुछ कर्मचारियों ने 10-22 दिसंबर बिताए, हमारे बेकर्स को असेंबली, परीक्षण, पैकेजिंग और भक्तों को भेजने में मदद की (कई क्रिसमस के बाद वितरित किए गए!)


अंजीर। 15. देवकीट पैनल का अंतिम दृश्य v1.0.0 (विधानसभा से पहले)



अंजीर। 16. 3 डी मॉडल (डिस्प्ले साइड) की तुलना में पूरी तरह से इकट्ठे हुए देवकित




अंजीर। 17. 3D मॉडल (SOM पक्ष) की तुलना में पूरी तरह से इकट्ठे हुए देवकित

पूरी प्रक्रिया ने बहुत प्रयास किया, लेकिन इसके लायक था। खासतौर पर तब जब हमने देखा कि समुदाय हमारे काम के नतीजों का कितना बेहतर इस्तेमाल कर सकता है। कुछ ने पहले ही देवकी के लिए 3 डी-मुद्रित मामलों को विकसित करना शुरू कर दिया है। मैं यह देखने के लिए उत्सुक हूं कि इन अद्भुत बोर्डों के लिए आपके पास कौन से शांत सॉफ़्टवेयर और कौन से उपयोग के मामले हैं! feedback@puri.sm देने के लिए स्वतंत्र महसूस करें। यदि यह वास्तव में सुपर है, तो हम भविष्य के ब्लॉग पोस्ट में आपके विकास के बारे में बात करेंगे।

अब हम हमेशा Librem 5 फोन बाहर भेजने पर खर्च करते हैं। इसलिए अगली बार तक, अपनी आविष्कारशीलता को न खोएं!