Linux其实不难，做个四层板设计的终端设备就搞懂了！

前言

想掌握一个技能，还得靠实践。

作者想学习Linux，于是边学边做，成功开源出了一个——还不错的 四层板设计的终端设备。

项目成本可压缩至100元以内，便于复刻与参考学习！

开源项目描述

做了一个基于V3S芯片的随身终端，取名为V3S-PI。

功能有9个——获取天气、连耳机播放音乐、10M/100M以太网接口、连wifi、接入SD卡、调整屏幕亮度、按键控制、外接其他设备、1转4 USB HUB。

下面将分享其——芯片特性、项目特性、软件开源、硬件开源、软件方案、开源网址。

全志V3S芯片特性

处理器集成了单个arm Cortex-A7 CPU，CPU以1.2GHz运行，支持众多外围设备

512Mbt DDR2在V3中高度集成

SPINAND/ NOR闪存、SD / MMC有外部存储器接口

支持视频引擎，格式如：720P @ 60FPS，H.264解码器，1080p

可满足汽车数字视频记录（DVR）、IP摄像机（IPC）监控系统的需求

项目特性

全志V3S主控，采用单核Cortex-A7，带硬件浮点

芯片内封64Mbyte DDR2，无需外挂DDR2芯片

支持RTL8723BS 2.4G WIFI(SDIO接口)

通过CH334R扩展双USB口

耳机接口采用V3S内置声卡

支持10M/100M以太网接口

支持SDMMC接口，用于启动系统

支持CH340N 串口转USB，用于连接串口终端

支持LRADC，四个ADC按键（暂未调通）

2.4寸LCD彩屏，使用SPI接口

2x8扩展接口，用于扩展I2C/UART

软件开源

在目前网上资料的基础上，作者自行移植了主线内核Uboot以及root。目前仅支持SD卡以及SPI Nor启动，SPI Nand启动请不要参考当前代码。

①UBoot

快速开始

git clone https://gitee.com/fhcloud/uboot-v3scd uboot-v3smake v3s_pi_defconfigmake

输出的文件在源码根目录u-boot-sunxi-with-spl.bin

②Linux

快速开始

git clone https://gitee.com/fhcloud/linux-v3scd linux-v3smake v3s_pi_defconfigmake

输出的内核文件在arch/arm/boot/zImage

输出的设备树请使用arch/arm/boot/dts/sun8i-v3s-pi.dtb

③Buildroot

快速开始

git clone https://gitee.com/fhcloud/buildroot-v3s.gitcd buildroot-v3smake v3s_pi_defconfigmake

输出的文件在output/images/rootfs.tar

测试镜像账号root，密码123456

硬件开源

硬件采用四层板设计，下面会将电路拆分为11部分，逐一说明。

①主控部分

本项目主控采用全志V3S，需要注意的是，R3/R5电阻需使用1%，同时，EPHY存在两组电压。

图1 主控原理图

②ADC按键

板载四个ADC按键，电压跨度为0.2V，通过分压电阻实现。

图2 ADC按键

③2x16 PIN扩展接口

此处通过排针，引出了8个扩展接口，包含了一个串口/一个I2C总线，可用于外接其他设备。

图3 扩展接口

④辅助供电

板载四组供电芯片，分别产生3.0V、3.3V、1.8V、1.2V，其中

3.0V用于PLL以及AVCC模拟供电
3.3V负责芯片IO以及其他外设供电
1.8V用于内存供电
1.2V用于V3S核心主控供电。

三路DCDC最大输出电流2A。

图4 辅助供电

⑤WIFI模块

板载2.4G WIFI模块，使用RTL8723BS模块，V3S与WIFI模块之间采用SDIO接口连接，引出一个IPEX接口用于外接天线，R20-R27为SDIO和芯片要求的上拉电阻，C50/C51/C70为外围滤波电容，模块采用3.3V供电。

图5 WIFI模块原理图

⑥10M/100M以太网接口

百兆以太网需要使用两组差分，分别为RX/TX差分。以太网PHY一般带自动翻转功能，所以RX/TX可以对调。V3S以太网使用电压驱动，只需在网口变压器中心抽头处加100NF电容到地即可。

内部封装的电阻和2KV电容用于泄放主板的静电，防止高压打坏主控芯片。

R28/R29为LED限流电阻，SH1 SH2为外壳，直接接地即可。

图6 以太网接口原理图

⑦2.4寸LCD彩屏

2.4寸彩屏通过SPI与主控进行通信。

PE8接彩屏重置线
PE9接DC

用于区分数据/指令。

LEDA为背光阳极，LEDK接Q1 MOS，用于主控控制背光开关。

屏幕通过焊锡焊接到PCB板上。

图7 2.4寸LCD彩屏原理图

⑧CH340 串口转USB

使用CH340N芯片，实现串口转USB，用于电脑连接终端。

R30/R31用于确保双头TYPEC线正常供电，D1为TVS，用于保护USB接口，此处使用3.3V供电，所以CH340N的VCC和V3需要连接到一起，同时增加100nf电容。

图8 CH340串口转USB

⑨CH334R 1转4 USB HUB

通过CH334R芯片，实现一转四个USB Host口。

此处采用统一供电，所以VDD33与V5连接到一起即可。

XI XO输入12Mhz晶振
DPU/DMU接上行USB口

图9 CH334R原理图

⑩耳机接口

耳机接口采用PJ-342接口，带音频和录音：

图10 PJ-342耳机接口

⑪SD卡接口

SD卡接口用于插入MicroSD卡。

R32-R36为SD卡上拉电阻，这里CLK不需要上拉，否则可能会影响SDIO通信。

图11 SD卡接口

软件方案

软件方案主要讲这8个部分

——Linux内核、2.4寸LCD彩屏驱动、USB、以太网、无线网卡RTL8723BS、ADC按键、音频播放、libcurl。

①Linux内核

内核采用Linux5.15.143主线内核，在其基础上，修改了部分代码，适配V3S大部分外设。

②2.4寸LCD彩屏驱动

LCD彩屏使用SPI接口与主控连接。

软件部分采用TinyDRM，与传统的fbtft相比，不再是固定帧率刷新。
采用DRM架构，可以与新架构程序更快集成。

由于各家屏幕初始化代码不同，所以st7735r.c文件在原来的基础上，我们只需修改st7735r_pipe_enable这个函数中的代码即可。

修改完成的代码参考下方文件，设备树配置参考：

&spi0 {       status = "okay";       pinctrl-names = "default";       pinctrl-0 = <&spi0_pins>;

       display@0 {        compatible = "jianda,jd-t18003-t01";        reg = <0>;           spi-max-frequency = <95000000>;

        backlight = <&panel_backlight>;        dc-gpios = <&pio 4 9 0>; // PE9        reset-gpios = <&pio 4 8 0>; // PE8        rotation = <0>;    };};

除spi外，需要添加一个背光节点，这样就可以在用户层操作背光：

panel_backlight: panel-backlight {              compatible = "gpio-backlight";        gpios = <&pio 4 7 GPIO_ACTIVE_HIGH>; // PE7              default-on;              status = "okay";       };

③USB

设备树配置参考：

&usb_otg {       dr_mode = "host"; // peripheral       status = "okay";};

&usbphy {       status = "okay";};

除引用节点外，一定要添加ochi/echi，不然USB插入会没有反应：

soc {              ehci0: usb@01c1a000 {                     compatible = "allwinner,sun8i-v3s-ehci", "generic-ehci";                     reg = <0x01c1a000 0x100>;                     interrupts = <GIC_SPI 72 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;                     clocks = <&ccu CLK_BUS_EHCI0>, <&ccu CLK_BUS_OHCI0>;                     resets = <&ccu RST_BUS_EHCI0>, <&ccu RST_BUS_OHCI0>;                     status = "okay";              };

              ohci0: usb@01c1a400 {                     compatible = "allwinner,sun8i-v3s-ohci", "generic-ohci";                     reg = <0x01c1a400 0x100>;                     interrupts = <GIC_SPI 73 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;                     clocks = <&ccu CLK_BUS_EHCI0>, <&ccu CLK_BUS_OHCI0>,                     <&ccu CLK_USB_OHCI0>;                     resets = <&ccu RST_BUS_EHCI0>, <&ccu RST_BUS_OHCI0>;                     status = "okay";              };       };

④以太网

直接引用DTSI文件中的emac节点即可，设备树参考：

&emac {       allwinner,leds-active-low;       status = "okay";};

⑤无线网卡RTL8723BS

Linux下SDIO架构类似于USB。

——设备插入后，如果有对应驱动，会自动加载。

所以设备树中，我们只需要配置好MMC1接口，然后编译对应的驱动ko，在rootfs中加载即可。

设备树配置参考下方：

&mmc1 {       broken-cd;       bus-width = <4>;       vmmc-supply = <&reg_vcc3v3>;       status = "okay";};

编译完成的ko文件在buildroot的overlay目录下面，可以参考下方资料：

r8723bs.ko就是编译完成的内核模块，此处的模块backport了5.19内核的驱动，相比于5.15的驱动更加稳定。

除ko文件外，此处还需要加载网卡固件，参考下方目录：

rtl8723bs_nic.bin可以从github或者其他网站上找到。

连接WIFI请参考下方脚本：

[root@buildroot ~]# cat conn.shmodprobe r8723bs.kowpa_supplicant -B -i wlan0 -c /etc/wpa_supplicant.confudhcpc -i wlan0

配置文件请参考下方：

ctrl_interface=/var/run/wpa_supplicantap_scan=1

network={        ssid="###############"        psk="###############"}

⑥ADC按键

测试文件已开源，不赘述，想直接用请【参考文末】的开源网址。

⑦音频播放

Buildroot中集成了alsa，默认声卡会静音状态，打开终端，输入alsamixer，首先解除静音：

在当前界面，选中Headphone，然后按下M键 解除静音，然后使用键盘↑，调整音量到合适大小即可，界面可参考图12所示：

图12 alsamixer

调整完成后，输入mpv 文件名 --no-video，插入耳机，即可实现音乐播放：

[root@buildroot ~]# mpv 2.flac --no-video     Video --vid=1 [P] (mjpeg 500x500 1.000fps) (+) Audio --aid=1 (flac 2ch 48000Hz)File tags: Album: 西厢寻他 Title: 西厢寻他 Track: 1AO: [alsa] 48000Hz stereo 2ch s32A: 00:00:04 / 00:03:43 (2%)

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