V3S-PI 基于全志V3S的随身终端

还记得去年发布的ESP32-S3-PIE吗？当初的项目，后面做完发现ESP32基本上做不了什么，于是，在今年的年底，作者学习了Linux，从F1C200S开始，摸透了全志平台后，制作了一款基于V3S芯片的随身终端，经过半个月的调试，项目已经基本调通。

V3S-PI 基于全志V3S的随身终端，项目使用四层板制作，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。

更新日志

2023/12/31 首次发布

芯片概述

全志V3S处理器集成了单个arm Cortex-A7 CPU，该CPU以高达1.2GHz运行，支持众多外围设备。处理器针对不断增长的汽车数字视频记录（DVR）和IP摄像机（IPC）监控系统的需求。512Mbit DDR2在V3中高度集成，此外，V3S对SPINAND/ NOR闪存，SD / MMC具有优化的外部存储器接口。包含专用视频引擎以提供高级多媒体应用程序和服务。视频引擎支持多种格式，如720P @ 60FPS，H.264解码器，1080p。

产品特性

1.      全志V3S主控，采用单核Cortex-A7，带硬件浮点，相较于F1C200S的A9内核有较大提升;

2.      芯片内封64Mbyte DDR2，无需外挂DDR2芯片;

3.      RTL8723BS 2.4G WIFI(SDIO接口);

4.      通过CH334R扩展双USB口;

5.      耳机接口，采用V3S内置声卡;

6.      10M/100M以太网接口;

7.      SDMMC接口，用于启动系统;

8.      CH340N 串口转USB，用于连接串口终端;

9.      LRADC，四个ADC按键（暂未调通）;

10.   2.4寸LCD彩屏，使用SPI接口;

11.   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。

硬件解码请考虑使用大佬打包的5.4内核。

UBoot

https://gitee.com/fhcloud/uboot-v3s

快速开始

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

Linux

https://gitee.com/fhcloud/linux-v3s

快速开始

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

Buildroot

https://gitee.com/fhcloud/buildroot-v3s

快速开始

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

测试镜像账号root，密码123456

硬件开源

LCPI开源资料：http://wiki.lcmaker.com/index.php?title=LC-PI-V3S

V3S芯片数据手册：（见附件）Allwinner_V3s_Datasheet_V1.0_2.pdf

V3S硬件设计指南：（见附件）V3s硬件设计指南V1.0_20150519.pdf

V3S公版原理图（可参考）：（见附件）V3S_CDR_STD_V1_0_20180322.pdf

2.4寸彩屏数据手册：（见附件）LH240K-IG01.pdf

物料参考购买地址

V3S（这家应该是翻新，不过能用）：

https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z09.2.0.0.21792e8dncSlgg&id=738899384776&_u=v2dklb45d0fc

2.4’’彩屏（选焊接18PIN）：

https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z09.2.0.0.21792e8dncSlgg&id=737889095324&_u=v2dklb458b08

贴片排针（选2*8P 贴片排针）：

https://item.taobao.com/item.htm?_u=v2dklb45a979&id=644273830279&spm=a1z09.2.0.0.21792e8dncSlgg

USB母座（选四脚贴片（黑胶/有边））：

https://item.taobao.com/item.htm?_u=v2dklb45ea3a&id=674663700649&spm=a1z09.2.0.0.21792e8dncSlgg

CH334R（选CH334R）:

https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z09.2.0.0.21792e8dncSlgg&id=685199066514&_u=v2dklb454d3a

RTL8723BS:

https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z09.2.0.0.21792e8dncSlgg&id=601770157864&_u=v2dklb45bf86

耳机座（选PJ-342 镀金 耳机孔 3.5mm(5个)）：

https://detail.tmall.com/item.htm?_u=v2dklb4575c2&id=14476732895&spm=a1z09.2.0.0.21792e8dncSlgg

HR911105A RJ45连接器（这家应该是盗版，不过能用）：

https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z09.2.0.0.21792e8dncSlgg&id=717161946752&_u=v2dklb45fab3

SD卡接口（淘宝找个类似的就行，不用立创）：

https://item.szlcsc.com/5851216.html

IPEX座：

淘宝，选择（IPEX 内针 1代）即可

硬件方案

全志V3S主控

本项目主控采用全志V3S，详细说明已在上方说明，需要注意的是R3/R5电阻需使用1%，同时，EPHY存在两组电压，下方原理图中已标出，原理图可参考下方图1：

图1 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，该模块原理图如图2所示：

图2 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，原理图参考图3所示。

图3 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，该部分原理图如图4所示：

图4 辅助供电

WIFI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

10M/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，该部分原理图如图6所示。

图6 以太网接口原理图

2.4’’ 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，该部分原理图如图7所示。

图7 2.4‘’ 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（具体参考CH340N手册）。该部分原理图可参考图8：

图8 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。

图9 CH334R原理图

耳机接口

耳机接口采用PJ-342接口，带音频和录音，该部分原理图参考图10：

图10 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，该部分原理图请参考图11。

图11 SD卡接口

软件方案

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，软件部分采用TinyDRM，与传统的fbtft相比，不再是固定帧率刷新，同时采用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，修改了初始化代码，按照原有代码，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：

https://gitee.com/fhcloud/linux-v3s/blob/master/drivers/gpu/drm/tiny/st7735r.c#

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

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";               };        };

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，设备树配置参考下方：

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

WIFI配置可参考资料：https://zhuanlan.zhihu.com/p/665212465?utm_id=0

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

https://gitee.com/fhcloud/buildroot-v3s/tree/master/board/v3s-pi/overlay/usr/lib/modules/5.15.143-v3s-pi+

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：

https://gitee.com/fhcloud/buildroot-v3s/tree/master/board/v3s-pi/overlay/usr/lib/firmware/rtlwifi

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.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="###############" }

ADC按键

测试文件参考下方：

https://gist.github.com/FanhuaCloud/8c4cf31c040034eb75e601be6b83c315

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: 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：

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

然后export /etc/profile重新加载配置即可

libcurl

通过libcurl获取当前天气，参考程序：

https://gist.github.com/FanhuaCloud/c325c3c2965ef236aab644316f73f7dc

展示图片

写在结尾

本文写于2023/12/31的晚上，2023年的结尾，希望大家在新的一年里梦想成真,心想事成,事事顺利,福祉满家！