基于全志V3S芯片DIY Linux开发板

项目作者：FanHuaCloud

简介：大佬已在硬创社开源了近50款开发板，动手能力极强，于去年年底开始接触学习Linux，并由全志V3s、F1C200S等芯片开始上手DIY个人的Linux开发板。

本项目是基于全志V3S的随身终端（类似MP4），命名为V3S-PI，开发板使用四层板制作，全板采用0603电容电阻，相较于0402，制作更为方便，同时成本可压缩至100以内。

项目简介

开发板选用全志V3S为主控，V3s单核Cortex-A7带有硬件浮点计算，且芯片内封64Mbyte DDR2，无需再外挂DDR2芯片，极大程度上为开发板的走线设计降低了难度。

开发板PCB实物、渲染图

开发板的外设以及功能有将近10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4USB HUB......

由于开发板设计功能繁多，为了教会大家自己DIY开发板，作者将项目整体拆分为了6大部分，分别为项目特性、软件开源、硬件开源、软件方案、开源网址，来对开发板整体设计进行全面介绍和详细讲解电路原理。

项目特性

1全志V3S主控，采用单核Cortex-A7，带硬件浮点

2芯片内封64Mbyte DDR2，无需外挂DDR2

3支持RTL8723BS 2.4G WIFI

4通过CH334R扩展双USB口

5耳机接口采用V3S内置声卡

6支持10M/100M以太网接口

7支持SDMMC接口，用于启动系统

8支持CH340N 串口转USB，用于连接串口终端

9支持LRADC，四个ADC按键

102.4寸LCD彩屏，使用SPI接口

112x8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。

1、UBoot快速启动：

git clone https://gitee.com/fhcloud/uboot-v3s
cd uboot-v3s
make v3s_pi_defconfig
make

输出的文件在源码根目录：

u-boot-sunxi-with-spl.bin

2、Linux快速启动：

git clone https://gitee.com/fhcloud/linux-v3s
cd linux-v3s
make v3s_pi_defconfig
make

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

3、Buildroot快速启动：

git clone https://gitee.com/fhcloud/buildroot-v3s.git
cd buildroot-v3s
make v3s_pi_defconfig
make

输出的文件在：

output/images/rootfs.tar

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。

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。

主控原理图

ADC按键

板载四个ADC按键，电压跨度为0.2V，通过分压电阻实现。

ADC按键

2x16 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。

扩展接口

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。

辅助供电

WiFi模块

板载2.4GWIFI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。

WiFi模块原理图

10/100M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。

以太网接口原理图

2.4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。

2.4寸LCD彩屏原理图

CH340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。

CH340串口转USB

CH334R 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

CH334R原理图

耳机接口

耳机接口采用PJ-342接口，带音频和录音：

PJ-342耳机接口

SD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。

SD卡接口

CH340串口转USB

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。

Linux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。

2.4寸LCD彩屏驱动

LCD彩屏使用SPI接口与主控连接，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。

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。

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";
    };

USB接口

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 = ;
           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 = ;
           clocks = <&ccu CLK_BUS_EHCI0>, <&ccu CLK_BUS_OHCI0>,
           <&ccu CLK_USB_OHCI0>;
           resets = <&ccu RST_BUS_EHCI0>, <&ccu RST_BUS_OHCI0>;
           status = "okay";
       };
    };

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";
};

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。

&emac {&mmc1 {
    broken-cd;
    bus-width = <4>;
    vmmc-supply = <®_vcc3v3>;
    status = "okay";
};
    allwinner,leds-active-low;
    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：

连接WIFI请参考下方脚本：

[root@buildroot ~]# cat conn.sh
modprobe r8723bs.ko
wpa_supplicant -B -i wlan0 -c /etc/wpa_supplicant.conf
udhcpc -i wlan0

配置文件请参考下方：

ctrl_interface=/var/run/wpa_supplicant
ap_scan=1




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

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：

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: 1
AO: [alsa] 48000Hz stereo 2ch s32
A: 00:00:04 / 00:03:43 (2%)




Exiting... (Quit)

命令提示符显示当前目录，编辑/etc/profile文件，添加一行，然后export /etc/profile重新加载配置即可：

export PS1='[u@h w]$ '

libcurl

通过libcurl获取当前天气。程序已开源，参考文末开源网址查看。

审核编辑：汤梓红