立创开源YuzukiNezha D1s RISC-V Linux核心板：Mini PCIE版型与屏幕驱动实战

立创开源YuzukiNezha D1s RISC-V Linux核心板Mini PCIE版型与屏幕驱动实战最近在折腾RISC-V架构的Linux开发板发现立创EDA开源硬件社区里有个挺有意思的项目——YuzukiNezha D1s核心板。这块板子用的是全志的D1s芯片最大的特点就是采用了Mini PCIE的版型设计可以直接插在底板上用省去了很多飞线转接的麻烦。我拿到板子后用它驱动了MIPI和RGB屏幕整个过程踩了不少坑也积累了一些经验今天就跟大家分享一下这块板子的玩法和屏幕驱动的实战过程。1. 这块板子有什么特别之处YuzukiNezha D1s核心板的设计思路很巧妙它把整个系统做成了Mini PCIE的形态。你可能在笔记本电脑里见过Mini PCIE接口通常是用来插无线网卡的。这块板子就用了同样的接口标准这意味着你可以像插网卡一样把它插到各种自定义的底板上。1.1 核心硬件配置板子的核心是全志D1s芯片这是一颗基于阿里平头哥C906核心的RISC-V处理器主频最高1GHz内置64MB DDR2内存。对于跑Linux系统来说这个配置足够驱动图形界面和运行一些基础应用了。板载的资源相当丰富电源管理板上集成了完整的电源树你只需要从底板提供一个合适的电压比如5V板子自己就能生成芯片需要的各种电压1.1V、1.8V、3.3V等不用自己再搭复杂的电源电路。存储接口有一个TF卡槽可以直接插卡作为系统启动和存储介质。这是最常用的启动方式。调试与连接有一个Micro USB接口这个口很关键它既可以通过USB转串口芯片CH340提供调试串口也能用于后续的USB设备连接。无线连接板上预留了WiFi模块的焊盘你可以自己焊接像RTL8723DS这类常见的SDIO接口WiFi模块让板子具备无线联网能力。基础调试芯片的PG11引脚专门引出了一颗LED。即使你还没有做任何底板只要给核心板通上电就能先玩点灯程序验证芯片是否正常工作这对初学者非常友好。1.2 独特的Mini PCIE版型优势传统的核心板大多用邮票孔或者板对板连接器需要自己焊接或者用排线连接既麻烦又容易接触不良。YuzukiNezha D1s采用Mini PCIE接口带来了几个实实在在的好处即插即用像插内存条一样把核心板垂直插到底板的Mini PCIE插座上就行连接牢固可靠。扩展灵活你可以设计不同的底板来适配不同的场景。比如做一个带以太网PHY和RJ45接口的底板就是一台网络设备做一个引出RGB或MIPI屏幕接口的底板就变成了显示终端。核心板是通用的换应用场景只需要换底板。节省空间垂直插接的方式比平铺用排线连接更省横向空间适合做紧凑型设备。板子本身是四层板设计用了0402封装的电阻电容工艺上不需要额外加钱就能做。作者建议最好选择“沉金”工艺这样焊盘更不容易氧化焊接和接触效果更好。提示所有的硬件设计文件原理图、PCB都在立创EDAOSHWHUB和Github上开源了协议是CERN-OHL-P。这意味着你可以自由地查看、修改甚至生产它非常适合学习和二次开发。2. 上手第一步烧录系统与基础验证拿到板子第一步肯定是让它先跑起来。这里主要用两种方式通过USB工具直接烧录运行或者从TF卡启动完整的Linux系统。2.1 使用xfel工具进行USB烧录与调试全志的芯片很多都支持通过USB OTG接口进行烧录和调试这需要用到xfel工具。当你的TF卡里还没有系统或者系统无法启动时这个工具是救砖和前期验证的神器。安装xfel工具 工具源码在Github上。在Linux系统下比如Ubuntu打开终端克隆代码并编译git clone https://github.com/xboot/xfel.git cd xfel make编译成功后当前目录下会生成可执行文件xfel。为了方便可以把它复制到系统路径下比如/usr/local/bin/。连接板子 用Micro USB线连接板子的USB口到电脑。此时需要让芯片进入FEL模式。对于D1s一个常用的方法是先不要插电源按住板子上的“FEL”按键如果有的话或者短接FEL测试点然后再插入USB线保持按住约2秒后松开。如果操作成功在电脑上执行lsusb命令应该能看到一个全志Allwinner相关的USB设备。基础命令验证 连接成功后可以先用xfel读一下芯片信息确认通信正常xfel version # 查看xfel版本 xfel sid # 读取芯片的SID信息 xfel spinor # 如果板载SPI Flash可以探测其信息看到正确的芯片信息输出就说明USB连接和FEL模式进入成功了。烧录与运行程序 你可以用xfel将编译好的二进制程序直接加载到芯片的内存中运行这对于测试裸机程序或U-Boot非常方便。xfel ddr ddr2 # 初始化DDR2内存 xfel write 0x40000000 your_program.bin # 将程序写入内存地址0x40000000 xfel exec 0x40000000 # 从该地址开始执行程序如果一切顺利你应该能看到程序运行的效果比如之前提到的PG11引脚上的LED开始闪烁。2.2 从TF卡启动Linux系统想要运行完整的Linux更常用的方式是从TF卡启动。你需要准备一张TF卡建议8GB或以上并刷入准备好的系统镜像。获取系统镜像 项目作者在Github的SDK中提供了构建好的系统镜像或者你也可以根据开源SDK自己编译。镜像文件通常是一个.img或.gz文件。烧录镜像到TF卡 在Linux下可以使用dd命令。操作前务必确认TF卡的设备号如/dev/sdb写错设备号会清空你的硬盘# 假设TF卡是/dev/sdb镜像文件是nezha-d1s-sdcard.img sudo dd ifnezha-d1s-sdcard.img of/dev/sdb bs1M statusprogress sync在Windows下可以使用Win32 Disk Imager或Rufus这类图形化工具进行烧录。上电启动 将烧录好系统的TF卡插入核心板的卡槽。通过底板或调试器给核心板供电注意电压或者通过USB口供电如果电流足够。系统就会从TF卡启动。串口调试 系统启动过程中最重要的信息会通过串口输出。用一根USB转TTL串口线连接到底板引出的UART0调试串口通常是TX、RX、GND三根线。在电脑上使用串口终端软件如Putty、MobaXterm、minicom等设置正确的串口号、波特率通常是115200、8N1。上电后你就能在终端里看到如下的Linux内核启动信息了[ 0.120000] Linux version 5.4.61 ... [ 0.120000] Boot CPU: AArch64 Processor [410fd034] [ 0.120000] Machine model: YuzukiNezha D1s ... [ 2.950000] VFS: Mounted root (ext4 filesystem) on device 179:2. [ 2.960000] Run /sbin/init as init process Please press Enter to activate this console.看到登录提示就说明Linux系统成功跑起来了3. 实战驱动MIPI与RGB屏幕这块核心板的一个强项就是显示驱动。全志D1s芯片原生支持RGB和MIPI DSI两种显示接口非常适合用来做小尺寸的显示终端。我分别尝试了驱动MIPI屏幕和RGB屏幕。3.1 驱动MIPI屏幕我用的是一块1.9寸的AMOLED屏幕分辨率是240*536。MIPI DSI接口的优点是线少、速度快、抗干扰好适合做窄边框的移动设备。硬件连接 你需要一块带有MIPI DSI接口的底板。将核心板插到底板上然后用MIPI柔性排线FPC连接底板和屏幕。排线有方向要对准接口的防呆设计轻轻锁紧座子即可。内核配置与驱动 Linux内核驱动屏幕主要涉及两个部分显示控制器DE Display Engine和屏幕本身Panel的驱动。显示控制器D1s的显示驱动在Linux内核中已经有主线支持。你需要在编译内核时在Device Drivers - Graphics support - Frame buffer Devices - Video support for sunxi下选中对应的显示引擎和MIPI DSI控制器支持。屏幕驱动每块屏幕的初始化序列、时序参数如像素时钟、行场同步等都不同。你需要根据屏幕厂商提供的规格书编写或修改一个Panel驱动。在YuzukiHD开源的SDK里通常已经包含了一些常见屏幕的驱动示例你可以参考linux/drivers/gpu/drm/panel/目录下的代码。一个简化的设备树DTS配置片段可能长这样dsi { status okay; #address-cells 1; #size-cells 0; panel0 { compatible your-panel-manufacturer,your-panel-model; reg 0; // 以下是关键的时序参数需要根据屏幕手册填写 clock-frequency 70000000; // 像素时钟单位Hz hactive 240; vactive 536; hfront-porch 10; hback-porch 20; hsync-len 10; vfront-porch 8; vback-porch 20; vsync-len 2; // 电源使能GPIO enable-gpios pio PG 10 GPIO_ACTIVE_HIGH; // 复位GPIO reset-gpios pio PG 11 GPIO_ACTIVE_LOW; port { panel_in: endpoint { remote-endpoint dsi_out; }; }; }; };你需要将compatible改成你屏幕的型号并仔细填写所有的时序参数和用到的GPIO引脚。调试与测试 编译好内核和设备树更新到TF卡启动。如果驱动加载成功在/dev/目录下会出现fb0这样的帧缓冲设备。你可以用简单的命令测试显示cat /dev/urandom /dev/fb0 # 用随机数据填充屏幕会看到雪花点或者使用更专业的工具如fbset、fbv来看图片。注意调试MIPI屏幕最头疼的往往是时序和初始化序列。一定要确保设备树里的参数和屏幕手册完全一致。有时候屏幕不亮不是没供电而是复位时序不对或者初始化命令发错了。用逻辑分析仪抓一下MIPI总线上的数据是解决问题的终极手段。3.2 驱动RGB屏幕RGB接口也叫并口是另一种非常常见的屏幕接口多见于尺寸稍大、成本要求低的屏幕。驱动流程和MIPI类似但接口部分配置不同。硬件连接 RGB屏幕需要连接的线较多包括数据线如16位或24位、行场同步、时钟、数据使能等。同样需要一块引出RGB接口的底板。内核与设备树配置 在设备树中需要配置的是lcd0节点对应RGB接口而不是dsi节点。lcd0 { status okay; lcd_used 1; lcd_driver_name your_rgb_panel; lcd_if 0; // 0表示RGB接口 lcd_data_width 24; // 24位色 // ... 同样需要配置详细的分辨率、时序、背光控制GPIO等参数 lcd_pwm_used 1; lcd_pwm_ch 0; lcd_pwm_freq 50000; // PWM频率用于调背光亮度 lcd_pwm_pol 1; lcd_bl_en pio PH 5 GPIO_ACTIVE_HIGH; // 背光使能引脚 };配置完成后重新编译设备树更新并启动RGB屏幕就应该能显示了。4. 关于TF卡槽的一个“坑”在设计和焊接时有一个细节需要特别注意作者也提到了被“背刺”。有些TF卡座的封装虽然外观看起来一模一样但引脚焊盘的朝向可能是镜像的。如果你按照一个方向画了PCB结果买到的卡座是另一种朝向那就无法焊接了。提示在立创EDA上画板时一定要仔细核对元器件库中TF卡座封装的焊盘顺序和实际采购的物料是否一致。最好在打样前把元器件的实物图或数据手册和封装图放在一起对比一下。这是硬件开发中一个非常典型的“踩坑点”一个小疏忽就可能导致整板报废。5. 资源获取与下一步硬件开源地址你可以在立创EDA的OSHWHUB社区或Github上搜索“YuzukiNezha D1s”找到完整的原理图和PCB文件用立创EDA直接打开、查看甚至下单生产。软件SDK地址系统的源码、构建脚本、预编译镜像等都在Github仓库https://github.com/YuzukiHD/YuzukiNezha-D1s。你可以从这里开始构建自己的系统修改内核驱动添加应用程序。这块YuzukiNezha D1s核心板可玩性很高Mini PCIE的设计让它变得非常灵活。无论是想学习RISC-V Linux开发还是想做一个自己的显示终端、智能家居控制面板它都是一个很好的起点。从点灯到驱动屏幕每一步都能学到实实在在的嵌入式Linux知识。遇到问题多查资料善用串口调试信息社区的帖子也很多慢慢折腾乐趣就在其中。