DIY个人的Linux开发板教程

项目作者：FanHuaCloud

作者简介：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F1C200S设计的开源屏幕开发板，设计的目标是提供一个低成本、超迷你且适合Linux开发的平台，特别是针对屏幕接口的支持。

项目简介

开发板板载16M nor flash，主控芯片采用F1C200S，内置64M DRAM。同时附带USB Host接口以及USB type-c口，以及CH340串口转USB芯片，用于开发调试使用。

开发板2D预览图

由于芯片功能繁多，开发板设计也相对复杂，为了教会大家自己DIY开发板，作者将开发板设计的硬件部分按功能拆分为了10个不同的知识点，来对开发板整体设计进行全面介绍和详细讲解电路原理。

全志F1C200S主控

全志F1C200s是一款高度集成、低功耗的移动应用处理器，支持高清视频解码，包括H.264、H.263、MPEG 1/2/4等格式，同时还具备音频编解码器和I2S/PCM接口，适用于多媒体音视频设备。

芯片基于ARM 9架构，并SiP了DDR，这样的配置使其外围电路在设计时会非常简单，非常适合作为入门级的Linux开发板。该部分原理图如下图所示：

F1C200S主控原理图

1SVREF用于给DRAM提供参考电压，该部分所需电压为VCC_DRAM/2

22VCC_DRAM为DRAM供电，电压为2.5V

3VCC_IO为GPIO供电，电压为3.3V

4VCC_CORE为核心供电，电压为1.2V

5AVCC为模拟供电，该部分非常重要，不接会导致USB Host无法枚举设备，同时需要注意该引脚供电范围为2.5V-3.1V，不可以使用3.3V供电，会导致内部电路损坏。

6X1为24M晶振，为芯片提供时钟信号，采用22pF负载电容。

SDMMC接口

SDMMC接口用于接入Micro SD卡，系统启动时，可以从SD卡中加载U-Boot，内核，RootFS，实现Linux启动。

SDMMC接口原理图

如上图所示，相关线路说明如下所示：

1CLK: SDMMC时钟，每个时钟周期传输一个命令或数据位。频率可在0至25MHz之间变化。SD卡总线管理器可以自由产生0至25MHz的频率，没有任何限制

2CMD: 命令传输线，命令通过该CMD线串行传输

3D0～D3: 数据通过这些数据线传输

4按照SDMMC规范，SDMMC线路还需要增加10K上拉电阻，如果没有可以会影响数据传输，本原理图中R7-R11即上拉电阻。同时，为了保证电源质量，增加了C22滤波电容

5SHELL引脚为SDMMC连接器固定引脚，此处接地处理，CD引脚用于探测SD卡是否插入，这一块悬空未使用

CH340串口转USB

此电路用于用户连接系统调试中断使用，其功能为将TTL串口转换为USB接口，使得用户可以在电脑中连接该串口进行调试。

需要注意的是，由于F1C200S的UART0接口(PE0/PE1引脚)被触摸的I2C接口占用，所以本开发板将CH340的串口连接到了F1C200S的UART1(PA2/PA3引脚)上，后续编译U-Boot和内核时我们需要相应的修改代码。

 

CH340串口转USB原理图

如上图所示，该部分除了串口转USB外，还兼顾了系统的供电。

1用户通过Type-C线缆连接该调试口后，将同时为开发板供电

2板上的5.1K电阻用于双头Type-C线缆识别从机，为其供电

3如果R12,R13不焊接会导致使用双头Type-C线时板子没有供电

4D2为TVS瞬态抑制二极管用于保护PCB板上元件，防止静电击穿原件

三路DC-DC接口

该部分主要为主控芯片提供供电，采用SY8089A1AAC，单路最大输出电流2A。

三路DC-DC接口原理图

1SVREF用于给DRAM提供参考电压，该部分所需电压为VCC_DRAM/2

22VCC_DRAM为DRAM供电，电压为2.5V

3VCC_IO为GPIO供电，电压为3.3V

4VCC_CORE为核心供电，电压为1.2V

5AVCC为模拟供电，该部分非常重要，不接会导致USB Host无法枚举设备，同时需要注意该引脚供电范围为2.5V-3.1V，不可以使用3.3V供电，会导致内部电路损坏。

6X1为24M晶振，为芯片提供时钟信号，采用22pF负载电容。

在该模块中，我们使用了2520电感，与普通的电感相比，体积更小，但是2520电感在DCR（即直流电阻）参数上，会比普通的电感大一点，电感值的计算公式可以参考下方：

DCDC电流电感值计算公式

1L为计算出的电感容量

2Vout为降压芯片输出电压

3L为计算出的电感容量

4Vin为降压芯片输入电压

5Fsw为芯片开关频率，SY8089取1.5Mhz，也就是1500000Hz

6Iout,max为最大输出电流

如下图所示，本开发板电感值直接参考SY8089数据手册文档，折中后取1.5Uh：

电源模块在电路中的接线

SY8089典型应用以及电容电感选型表

芯片的反馈电阻控制着芯片的输出电压，可以参考下方公式计算：

SY8089芯片反馈电阻计算公式

1Rh为上端分压电阻阻值

2Rl为下端分压电阻阻值

30.6V指的是芯片的Vfb，也就是反馈电阻

4Vout即最终的电压输出值

5在这里，我们需要确定Rl和Vout，然后将其代入公式，计算出Rh

6为了最大限度地减少轻负载下的功耗，最好为 RH 和 RL 选择较大的电阻值。强烈建议 RL 使用 10k 到 200k 之间的值

AVCC 3V LDO

该部分用于AVCC 3V供电，使用XC6206 3V LDO，位号为U10，由于较为简单，此处不在详细说明。

SPI Nor Flash

Nor Flash为F1C200S芯片提供了第二种启动方式。

1上电后，F1C200S首先从内部BROM (芯片内置，无法擦除)启动

2首先检查 SD0 有没有插卡, 如果有插卡就读卡 8k偏移数据，是否是合法的启动数据, 如果是BROM 引导结束, 否则进入下一步

3第二步：检测SPI0 NOR FLASH是否存在, 是否有合法的启动数据, 如果是BROM 引导结束, 否则进入下一步

4第三步：检测SPI0 NAND FLASH 是否存在, 是否有合法的启动数据, 如果是BROM 引导结束, 否则进入下一步

5最后，因为找不到任何可以引导的介质，系统会进入usb fel模式，此时可以使用USB烧录

此处SPI Nor Flash可以同时兼容Nand Flash，不过目前裸机资料基本上都是以SPI Nor Flash为基础，所以此处焊接了W25Q128JVEIQ 128Mbit(16Mbyte)SPI Nor Flash。

W25Q128JVEIQ原理图

1R4为上拉电阻(F1C200S内部也存在上拉电阻，可以不焊)，防止未供电时芯片错误写入数据

2C16为滤波电容

3SW2为FEL模式开关，将SPI_MISO短路到地后，F1C200S将无法检测到SPI Nor Flash，从而进入USB Fel模式，此时可以松开按键，烧录内容至SPI Nor Flash

4/WP为SPI Nor Flash保护引脚，低电平有效，有效时无法写入数据

5/HOLDor/RESET为SPI Nor Flash保持或者复位输入引脚。

6最后，因为找不到任何可以引导的介质，系统会进入usb fel模式，此时可以使用USB烧录

外部IO接口

此处引出了未使用的IO，用户可连接其他设备，C35为滤波电容，用于保证电源质量，该部分引脚功能可以参考下图（来源：芯片数据手册14/15页）：

外部IO接口引脚功能

USB OTG/USB TYPE-C

该部分连接到了芯片的DP/DM引脚，为芯片的USB接口。

USB Type-C用于USB Fel模式烧录系统，无供电输入/输出能力。

USB OTG处可用于连接其他USB设备，带5V输出，当然也可以接双头USB Type-A线缆用于USB Fel模式。

 

USB OTG/USB Type-C原理图

需要注意的是，开发板中没有连接ID线（ID线用于识别USB模式），所以在编写设备树时，我们需要强制指定USB模式为主机或从机。

背光驱动

该部分用于驱动RGB屏幕背光，标准40Pin RGB屏幕基本采用串联背光，由于本身开发板供电只有5V，所以我们需要使用背光驱动芯片升压到合适的电压，来驱动屏幕背光。

同时，背光驱动芯片采用恒流控制，可以避免电流过大导致背光LED烧毁，该部分原理图如下所示：

背光驱动原理图

1C19 C20为滤波电容，C19电容的耐压需要特别考虑，一般的RGB屏背光电压基本在18V以上(白光LED压降3V*6串)，过低的电容耐压会导致电容损坏

2BL_CTR为芯片背光控制引脚，此处直接接入了上拉，再开发时可以将BL_CTR引脚接入F1C200S的PWM引脚上，这样可以灵活控制屏幕亮度，同时，有恒流驱动的存在，控制亮度时，背光也不存在明显的频闪

3L1 为升压电路的电感，按照要求一般取10uh或22uh即可，不需要使用公式详细计算，但是需要注意电流不能超过电感额定电流

R5为芯片的反馈电阻，用于调节输出的电流，计算公式可参考下方：

反馈电阻计算公式

此处我们选择20ma，所以R1=0.25/0.020（Ω） = 12.5Ω，就近取12Ω。

屏幕数据手册线路原理图

如上图，下方说明了LED为2并5串，额定电流为40ma，我们为了保险，选择了20ma，亮度会有所损失。

40Pin RGB/触摸接口

此处参考屏幕数据手册即可，由于F1C200S只支持RGB565,RGB666，此处使用RGB666，屏蔽了RGB三色的低2位，这样最终色彩影响比较小，同时，F1C200S内置色彩抖动，可以更加接近RGB888效果。

其中需要注意的是，CTP_SDA/CTP_SCL最好加上拉电阻，此处选用了内部上拉，所以并没有加电阻，该部分原理图如下所示：

RGB/触摸接口原理图

开发环境搭建

使用VSCode的DeviceTree插件，我们可以实现设备树文件的代码高亮，编辑c语言代码。

安装VSCode后，我们开始安装设备树插件，再商店中搜索DeviceTree插件，点击安装安装即可：

同理，推荐读者同时安装中文汉化，搜索CN，参考下图安装即可，安装后按照要求重启VSCode即可使用。

打开安装好的Ubuntu 18.04虚拟机，将需要分区的SD卡插入电脑USB口，并右键点击VMware右下角的USB存储器图标，点击连接，将SD卡连入虚拟机。具体操作过程如下图所示：

点击桌面左下角图标，进入所有应用，然后搜索GPartd，可参考下图：

此时需要输入密码，输入用户密码，提权到root用户，如下图所示：

接着在右上角选择我们需要格式化的SD卡，默认为/dev/sda，这个是我们虚拟机的系统盘，我们需要切换到SD卡，此处一定要小心，sdb不一定是我们的sd卡。

完成切换后，右键点击如图所示位置，点击“卸载”，接着点击“删除”按钮删除SD卡中原有分区，最后点击确定，确认删除，具体过程可以参考下图。

 

 

接着开始创建分区，首先创建boot分区，用于u-boot读取设备树、内核等文件，我们需要在分区前方空出一定的空间，用于u-boot以及SPL程序存放，如下图所示，首先点击左上角按钮，创建新分区，然后按照下图创建boot分区。

 

此处为U-Boot以及SPL预留了1Mib的空间，完全足够存放这些程序。

接着创建rootfs分区，我们将剩下的空间全部作为rootfs，文件系统选择ext4，如下图所示：

最后点击保存，确认后生效，拔出SD卡备用，操作可参考下图：

开源资料获取

作者适配的U-Boot目前使用了master分支的U-Boot并给出了移植指南。由于后续master分支代码可能会存在更新，所以移植指南使用了最近的一个U-Boot版本来指导复刻打开发者进行修改和配置，编译出自己的U-Boot。

本项目所有资料均已开源，软硬件都开源了，其中软件开源了：UBoot、Kernel、Buildroot:测试镜像下载地址等……。

审核编辑：汤梓红