大家好，关于轻松掌握Linux：通过四层板设计终端设备的学习之旅！很多朋友都还不太明白，不过没关系，因为今天小编就来为大家分享关于的知识点，相信应该可以解决大家的一些困惑和问题，如果碰巧可以解决您的问题，还望关注下本站哦，希望对各位有所帮助！
说是个终端设备，其实它可以是个MP3，也可以是个拓展坞……
相当于是一堆小产品集合于一块电路板上。
话不多说，回归正题！
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。
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
我是分割线
软件方案
关于软件方案，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 =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 =<®_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=1network={ 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：
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%)Exiting... (Quit)命令提示符显示当前目录。
⑧libcurl
通过libcurl获取当前天气。程序已开源，参考文末开源网址查看。
硬件开源
硬件采用四层板设计，工具是嘉立创EDA，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
结语
DIY这个项目的成本不到100元。
在DIY期间，作者既收获了一个实用的工具，还顺利入门了Linux和四层板PCB设计，的确是一举三得！
你觉得呢？
参考资料：
[1]https://oshwhub.com/fanhuacloud/v3s_lcd
— 完 —
嘉立创EDA·头条号
用户评论
这可不是吹牛打肿脸，我真的觉得linux系统越来越容易上手了，以前确实像一团麻，如今只要掌握几个要点就能玩转它！
有6位网友表示赞同！
这个说法一点都不夸张，最近我在做嵌入式项目，就用了Linux内核，真的发现很多功能和工具都非常人性化，操作起来比我之前想的简单多了。
有8位网友表示赞同！
四层板设计终端设备？这个听起来有点唬人啊！ 我想问下这需要哪些具体的操作步骤呢？ 如果有详细的教程分享的话，那真是太好了！
有7位网友表示赞同！
感觉说的太绝对了，虽然现在Linux越来越好用了，但这毕竟还是个比较深入的系统。要想真正学透它，需要花许多时间和精力去学习和实践。
有5位网友表示赞同！
四层板设计听起来像是嵌入式开发领域常用的一种架构，这应该是指针对终端设备的硬件和软件进行分层的方案吧？
有6位网友表示赞同！
我当初也是这样以为Linux很难学，后来才发现只要方法对了，其实真的不难！ 坚持学习，一步步深入了解，就能慢慢掌握它的精髓。
有8位网友表示赞同！
这篇文章说的很有道理！ 我也觉得Linux越来越亲和易用了，特别是对于一些初学者来说，入门门槛降低了许多。 或许以后我们能看到更多采用Linux系统的终端设备哦！
有11位网友表示赞同！
我有一个疑问，四层板设计的终端设备主要应用场景是什么？ 是用于工业自动化、物联网，还是其他领域呢？ 这篇文章能不能多谈谈这些方面？
有18位网友表示赞同！
我觉得标题说的有点夸张了，“不难”这个词语过于绝对了。 每个人学习的难度可能不一样，而且Linux本身是一个非常复杂的系统，需要深层次的理解才能真正使用它。
有5位网友表示赞同！
我从业多年，一直认为 Linux 系统的核心在于其开源特性和强大的社区支持。 只要能够善用这些资源，就能轻松化解很多学习难题。<br>
有14位网友表示赞同！
其实Linux本身并没有什么难， 就是需要一定的耐心和逻辑思维能力。 我觉得这个文章点出了一个非常重要的道理，那就是持之以恒地学习才能真正掌握Linux的精髓。
有15位网友表示赞同！
我以前想学linux系统，但总是觉得太复杂了，现在看到这款“四层板设计终端设备”，感觉也许是个很好的切入点？
有11位网友表示赞同！
这篇文章让我对Linux的想法有了新的转变！ 原来它并不像我想象的那么难学，如果有机会我或许可以尝试一下这个四层板设计的终端设备。
有9位网友表示赞同！
学习linux真的需要时间和实践积累。 我想请问下，用四层板设计的终端设备运行的项目有哪些？ 能分享一些具体的案例吗 ?
有11位网友表示赞同！
感觉这篇文章写的很有深度！ 它不仅介绍了Linux的操作方式，还通过“四层板设计”这个例子说明了它的应用场景，帮助我们更好地理解Linux的价值所在<br>
有5位网友表示赞同！
我很认同作者观点， linux其实真的不难学。 随着学习资源越来越丰富和硬件设备越来越容易上手，linux将更加普及！
有10位网友表示赞同！
四层板设计终端设备听起来很专业啊！ 我想了解一下这个领域的技术栈，包括使用的芯片、协议以及开发工具吗?
有9位网友表示赞同！
感觉这篇文章很有启发意义，它让我看到了Linux系统的应用潜力。 四层板设计的终端设备是个很好的切入点，也提醒我学习Linux的途径非常多样化!
有13位网友表示赞同！