Jakie materiały edukacyjne polecacie do projektowania płytek PCB pod układy SoC?

Sun May 29, 2022 9:14 am   

Właściwie odkąd zacząłem się bawić amatorską elektroniką moje projekty
można było podzielić na dwie główne kategorie. Do pierwszej z nich
należały wszelkie użyteczne konstrukcje (np. narzędzia warsztatowe,
sprzęt krótkofalarski) których albo nie dało się łatwo kupić, albo były
zdecydowanie za drogie. Do drugiej kategorii należą wszystkie
konstrukcje będące "sztuką dla sztuki". Swoje pierwsze odbiorniki
radiowe zbudowałem pomimo tego, że w domu było ich już kilka - po prostu
chciałem się przekonać czy potrafię. Od tamtego czasu powstało trochę
podobnych konstrukcji, m.in. komputerów retro.

Od dłuższego czasu mam w planach zbudowanie od podstaw własnego
komputerka, który byłby w stanie odpalić jakiegoś Linuksa. Przez "od
podstaw" rozumiem zaprojektowanie i zmontowanie płytki, a także
napisanie/przeportowanie niskopoziomowych komponentów umożliwiających
uruchomienie systemu.

Chodzą mi tutaj po głowie dwie możliwe koncepcje:
1) Wykorzystanie któregoś z procesorów z serii 68k, posiadających MMU.
Niskie taktowanie powinno ułatwić projektowanie płytki, a logikę w
znacznej mierze można by ogarnąć za pomocą CPLD. Pewnie jakiegoś Linuksa
dałoby się na tym odpalić w trybie tekstowym, tyle tylko, że chodziłby
wolno. Kolejną zaletą byłaby prostota montażu - zwłaszcza jeśli płytki
zamawiałoby się w Chinach.
2) Coś nieco bardziej współczesnego. Tutaj myślę o wykorzystaniu
któregoś ze współczesnych układów MCU/SoC wyposażonych w zewnętrzną
magistralę oraz MMU, np. PIC32MZ, MT7688, Allwinner A13 czy STM32MP1,
ewentualnie coś starszego, jak AT91SAM9.

No i właśnie w tym drugim przypadku zaprojektowanie tego będzie nieco
trudniejsze. Odpada stosowanie płytek produkowanych domową metodą, a
łącząc pamięć DDR z układem trzeba pilnować sposobu prowadzenia ścieżek.
Do tego dochodzi jeszcze kwestia lutowania elementów w obudowach BGA
albo chociażby dwurzędowych QFN.

Czy ktoś mógłby mi polecić jakieś dobre materiały edukacyjne (książki,
tutoriale z sieci) poświęcone zagadnieniu projektowania płytek pod takie
układy? Chciałbym się nieco doszkolić w tej materii.

Czy w domowych warunkach można poprawnie przylutować element BGA za
pomocą hot aira, szczególnie bez stosowania solderpasty i matrycy do jej
nakładania? Czy też powinienem raczej celować w elementy TQFP/LQFP?

Sun May 29, 2022 2:22 pm   

niedziela, 29 maja 2022 o 11:15:00 UTC+2 Atlantis napisał(a):

Najpierw zrób najkrótszą listę tego, co Linux potrzebuje do działania.
CPU i RAM na pewno (MMU niekoniecznie).
ROM do bootowania.
Coś (może być ROM) na obraz kernela i initrd, ew. coś większego na rootfs.
Na pewno jakiś timer generujący przerwanie.
No i port szeregowy dla najprostszej konsoli - ew. do SLIP/PPP, lub coś innego, co prześle TCP/IP.
Chyba że chcesz zrobić X-Terminal.

If you want to make apple pie (or linux computer) from scratch, you first have to create an universe...

Sun May 29, 2022 5:34 pm   

On 29/05/2022 11:14, Atlantis wrote:

Jeśli cel edukacyjny, to ok.

Jesli praktyczny - to nie. Bierz Pi Zero.


Współczesne linuxy odpalają się cała wieczność na wolnych procesorach.


Zajedziesz się ilością pinów, powolnością, brakiem wsparcia.


BGA można na spokojnie lutować domowo robię to bez większych problemów.
Współcześnie masz sito do konkretngo scalaka i pastę. W efekcie da się
"postawić kulki" w 30 sekund. Problemem jest sito: tanie są tylko do
popularnych elementów.

Problem w tym, że większe BGA wymagają podgrzewania wstępnego, wiec
ogólnie musisz mieć kilka dodatkowych urządzeń i zabawa jest droga.

Ale tak, układy BGA lutuje się amatorsko używajac hotair i kilku gadżetów.

Tylko po co ;)

Koszt PCB pod BGA będzie wysoki.

Sun May 29, 2022 6:49 pm   

On 29/05/2022 10:14, Atlantis wrote:

Allwinner V3s ale to raczej sztuka dla sztuki bo on ma wszystko na
pokładzie.

c.

Sun May 29, 2022 7:14 pm   

Atlantis <marekw1986NOSPAM@wp.pl> napisał(a):

Myślę, że lepsza będzie właśnie powyższa droga skoro nie chodzi o komputer
retro.


I dobrze że odpada, bo jest sztuką dla sztuki i tylko utrudnia życie. Jeśli
nie chodzi o szybkie proste prototypy, potrzebne na już, to zamawiasz płytki
w PCBWay lub JLCPCB i po problemie.


A musi być zewnętrzna pamięć?


https://www.thirtythreeforty.net/posts/2019/12/my-business-card-runs-linux/

--
Grzegorz Niemirowski
https://www.grzegorz.net/

Sun May 29, 2022 10:10 pm   

niedziela, 29 maja 2022 o 04:15:00 UTC-5 Atlantis napisał(a):


Szukaj prostych platform z tym co ci potrzeba.Albo wogole zacznij od rozgrzebania co jest w raspberry zero i jej dystrybucji.
Jak ją okropisz do prostego commandline bez zadnych innych zaleznosci to bedziesz miec pojecie co i jak po kolei sie tam odbywa przy bootowaniu.
Nastepnie okroisz kernel aby wyrzucic wszystko to co ci nie jest niezbedne tak aby dostac to co uwazasz za esencje/podstawe.

I stad jus prosciej do jakiegos popularnego nieskomplikowanego cpu przejsc.

Mozesz poszukac projektow linuxow bootujacych ponizej sekundy. Tam cos mozesz napasowac.
Ale raczej nie bedzie to takie gole jak opisujesz. Wiec i tak skonczysz na wycinaniu tego co niepotrzebne.

Sun May 29, 2022 10:12 pm   

Alternatywnie moze cos w ten desen:
https://hackaday.com/2012/03/28/building-the-worst-linux-pc-ever/

Mon May 30, 2022 8:38 am   

On 29.05.2022 14:22, Dawid Rutkowski wrote:


Tak, wiem. Jednak mimo wszystko chciałbym celować w pełnego Linuksa z
systemem ochrony pamięci, nie uproszczone wersje pod mikrokontrolery.



Pewnie wykorzystam kartę SD i ewentualnie jakąś pamięć Flash na SPI.



Łączność sieciową na pewno będę chciał dodać, bo głupio byłoby nie
wykorzystać interfejsu Ethernet, który jest obecny właściwie we
wszystkich współczesnych układach MCU/SoC. Pewne doświadczenie w tej
materii już mam - udawało mi się odpalić FastEthernet z zewnętrznym PHY
na samodzielnie trawionych płytkach (układy PIC32 i STM32). Więc ta
kwestia nie powinna generować specjalnych problemów.

Oczywiście na początku będę chciał odpalić terminal przez UART. W
dalszej kolejności mógłbym pomyśleć o dodaniu jakiegoś interfejsu
klawiatury, wyjścia wideo i/lub wyświetlacza.

Mon May 30, 2022 8:46 am   

On 29.05.2022 19:34, heby wrote:


Czysto edukacyjny. Pi Zero zawsze mam pod ręką. Zdaję sobie sprawę, że
raczej nie zaprojektuję niczego o porównywalnych parametrach. Po prostu
chciałbym zobaczyć czy potrafię, podnieść na wyższy poziom swoje
umiejętności projektowania PCB i lepiej zrozumieć działanie Linuksa na
niskim poziomie - umiem programować mikrokontrolery, umiem pisać
programy działające w przestrzeni użytkownika, ale brakuje mi wiedzy o
tym, co dzieje się pomiędzy tymi dwoma obszarami.

Poza tym możliwość wykonania urządzenia w formie linuksowego komputerka
na dedykowanej, pojedynczej płytce może się przydać w przyszłości.



W tym przypadku to byłby czysto edukacyjny projekt. Budowałem trochę
retro konstrukcji na 8080, Z80 i 6502. Ich praktyczna użyteczność była
znikoma. Podobnie wyglądałaby sytuacja w przypadku uruchomienia Linuksa
na samodzielnie zbudowanym komputerze z 68k. Czysto edukacyjny projekt.



Co masz na myśli pisząc o ilości pinów? Układ wygląda na coś, co powinno
się dość wygodnie lutować ze względu na rozmiar pinów. Trochę książek o
uruchamianiu na tym Linuksa wyszło z dekadę temu - nawet po polsku.
Jednak jak mówię, to tylko jedna z opcji. Wolałbym coś współcześniejszego.



Preheater i tak planuje w końcu kupić do domowego warsztatu.



O jakich kosztach mówimy? Jeśli miałoby to być problematyczne, to
faktycznie ograniczę się do elementów TQFP/LQFP (PIC32MZ, Allwinner A13,
AT91SAM9).

Mon May 30, 2022 9:18 am   

On Sun, 29 May 2022 11:14:58 +0200, Atlantis wrote:

linia 68k nie jest juz martwa?


Niekoniecznie. W koncu kiedys przeciez takie te komputery byly.
Czy od tego czasu linux sie rozbudowal w warstwie "niegraficznej" ?


Jakos sensownie, to byloby na ARM zrobic, i to na ARM64 :-)

A dalszy etap tej sensownosci to np Raspberry :-(

J.

Mon May 30, 2022 9:27 am   

J.F <jfox_xnospamx@poczta.onet.pl> napisał(a):

Przykładowo w wielu dystrybucjach pojawiło się (nie)sławne systemd :)

--
Grzegorz Niemirowski
https://www.grzegorz.net/

Mon May 30, 2022 9:29 am   

On 30/05/2022 10:46, Atlantis wrote:

Mimo, że to "zwykła obudowa SMD" bardzo cięzko jest zadowolić wszystkie
linie zasilania na dwustronnym PCB. Te procesory nie są tak wygodne, jak
się wydaje.


PCB o większej niż 2 warstwy ma skokowy i bolesny kosz wykonania.
Dodatkowo tani producenci z chin mają precyzje na granicy sensu zabawy z
BGA. Możesz walczyć, ale tylko strzegam. Moje dwa prototypy z BGA nie
nadawały się nawet do prototypowania - jedna z przelotek była uszkodzona
(pod BGA własnie) i miałem zwarcie padu do ścieżki w innej płyce oraz
przemieszczoną soldermaskę przez co lutownie było dramatem. Tutaj nie da
się raczej oszczędzić, więc licz się z wiekszymi kosztami, choć może
będziesz miał szczęscie.


To nie jest problematyczne, tylko trzeba wiecej wydać na start.
Niewątpliwie pouczajace.

Nie lepiej się zatrudnić w stosownej firmie ?

Mon May 30, 2022 6:49 pm   

On 30.05.2022 11:18, J.F wrote:


Procesory oczywiście od dawna nie są produkowane (chociaż z tego co
kojarzę fani Amigi ostatnio zaczęli tworzyć szybkie "dopałki" oparte na
FPGA), jednak w tym wypadku nie chodziłoby o stworzenie czegoś, co
mogłoby w jakimkolwiek stopniu konkurować ze współczesnymi SBC.
Chodziłoby po prostu o cel dydaktyczny.
Normalnych wydań mainstreamowych dystrybucji Linuksa na tę architekturę
pewnie nie ma, ale coś się znajdzie - widziałem już w sieci kilka
projektów komputerków na 68k, które odpalały bodajże Debiana. Być może
nie najnowszego, ale jednak.



Zdaję sobie z tego sprawę. Widziałem jak Linuks działa na komputerach
68k budowanych przez pasjonatów. Samo uruchomienie systemu zajmuje długi
minuty, podobnie jak negocjacja połączenia SSH. ;)



Obawiam się, że ciężko będzie znaleźć układ ARM64, do którego łatwo
dałoby się zaprojektować płytkę (szczególnie dwuwarstwową) i przylutować
go w domowych warunkach. Szczególnie jeśli mowa o pierwszym tego typu
projekcie. Przy tych prędkościach magistral to już trochę wyższa szkoła
jazdy.

Na szczęście Linux na komputerach jednopłytkowych może przybierać różne
formy. Z jednej strony mamy wielordzeniowe ARM-y mogące już w niektórych
zastosowaniach zastąpić desktopa, z drugiej są proste płytki na
jednordzeniowych MIPS-ach czy ARM-ach taktowanych mocno poniżej 1GHz.

Mon May 30, 2022 8:59 pm   

On Sun, 29 May 2022 11:14:58 +0200, Atlantis <marekw1986NOSPAM@wp.pl>
wrote:

Osobiście uruchomiłem Linuxa na pic32mz DA z wbudowanym 32MB DDR ram.
Płytki nie lutowałem (skorzystałem z microchiopowego zestawu
developerskiego dla MZ DA) ale ten mcu jest w opakowaniu QFP więc
zdatne do lutowania warsztatowego no i nie potrzebuje extra
zewnętrznych komponentów jak pamięć DDR (choć może obsługiwać do
128MB zew. DDR jeśli mnie pamięć nie myli). Co ciekawe oryginalna
płytka deweloperska to tak na prawdę dwie płytki na kanapkę jedna to
płytka z mcu+kondensatory z jakimś mini złączem goldpin z drugą, na
której są gniazda ethernet, phy USB i drugi mcu 24F (już nie
pamiętam po co on, nie używałem). Wygląda na to, że produkują ten mcu
na takiej płytce ze złączem ale nie udało mi się tego namierzyć
osobno.
Co do Linuxa, żeby był używalny i w miarę responsywny to trzeba
znaleźć najstarszą dostępną dystrybucję z binarami dla mips'a
(najlepiej z lat 90) i z tego zrobić rootfs, współczesne zżerają na
start zbyt dużo z tych 32MB, mają zbyt skomplikowany boot (dużo
skryptów, wolny boot).
Popularny też jest soc allwinner - też qfp, sporo jest DIY schematów
w sieci z tym soc'em.

Polecam stronę https://jaycarlson.net/embedded-linux/
To kompedium wiedzy od przeglądu soc'ow dla zastosowań DIY do
wskazówek jak prawidłowo zaprojektować płytkę do soc'a/DDR.

--
Marek

Mon May 30, 2022 9:54 pm   

On 30.05.2022 22:59, Marek wrote:


Podejrzewam, że tego zestawu deweloperskiego i tak nie będzie się dało
obecnie kupić, a na pewno nie za rozsądne pieniądze. Tymczasem
pojedyncze egzemplarze PIC32MZ z MMU kupiłem jakiś czas temu. Kilka
innych układów potencjalnie nadających się do uruchomienia Linuksa też
mam pod ręką.
No i jednak korzystanie z gotowego zestawu deweloperskiego wyklucza
jeden z najważniejszych elementów dydaktycznych przewidzianych w tym
projekcie - nauczenie się czegoś nowego w dziedzinie projektowania PCB. :)



Te układy PIC32MZ które posiadam mają zaledwie 256kB wbudowanej pamięci
RAM i pozwalają na podłączenie 32MB zewnętrznej pamięci DDR2.



Może jakiś OpenWRT by się tutaj sprawdził? W końcu ta dystrybucja była
robiona z myślą o routerach, które niekiedy posiadały bardzo ograniczone
zasoby sprzętowe i bardzo często pracowały właśnie na architekturze MIPS.



Dzięki. Może się przydać.