Retro-CM3: Výkonná herná konzola ovládaná RetroPie: 8 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Tento návod je inšpirovaný programom PiGRRL Zero od spoločnosti adafruit, pôvodnou stavbou Gameboy Zero od Wermyho a hernou konzolou GreatScottLab. Tieto herné konzoly založené na RetroPie používajú ako jadro malinovú pi nulu (W). ALE, keď som postavil niekoľko konzol Pi Zero, objavili sa dva hlavné problémy.

1) Raspberry Pi Zero (W) má iba jednojadrový procesor Cortex-A7 a 512 MB RAM, čo je v poriadku pre veci typu NES/SNES/GB. Keď som sa však pokúsil spustiť PS/N64 Emus, zážitok bol celkom neprijateľný. Dokonca aj niektoré hry GBA nemôžu fungovať hladko (určité oneskorenie zvuku, tiež v niektorých hrách NEOGEO, ako je Metal Slug pri riešení komplikovaných scén); 2) Väčšina zostáv herných konzol používa ako zobrazovacie rozhranie SPI alebo TV-out. Displej SPI bude potrebovať CPU, aby pomohol s ovládačom vyrovnávacej pamäte rámcov, čo zhorší zážitok z hry a počet snímok za sekundu je tiež obmedzený rýchlosťou hodín SPI. A kvalita zobrazenia výstupu TV nie je dostatočne dobrá.

V tomto návode použijeme RaspberryPi Compute Module 3 a LCD displej s rozhraním DPI na zostavenie dokonalej hernej konzoly RetroPie. Mal by byť schopný hladko spustiť všetky emulátory a poskytovať vysoké rozlíšenie a vysokú snímkovú frekvenciu.

Konečná veľkosť hernej konzoly je 152 x 64 x 18 mm s batériou až 2 000 mAh. Celková zostava stojí asi 65 dolárov vrátane vlastnej dosky plošných spojov, všetkých komponentov, 16 GB karty TF a výpočtového modulu RaspberryPi 3 Lite. Keďže už mám 3D tlačiareň, puzdro ma stojí iba 64 g vlákna PLA.

Poďme začať.

Poznámka: Keďže angličtina nie je môj prvý jazyk, ak nájdete nejaké chyby alebo niečo nie je jasné, dajte mi prosím vedieť.

Toto je môj prvý príspevok na instructable.com a naozaj od vás potrebujem všetky druhy návrhov.

Krok 1: Prísady

Tu sú ingrediencie, ktoré potrebujete na zostavenie hernej konzoly. Niektoré diely nemusia byť vo vašom regióne k dispozícii, vyskúšajte alternatívne diely.

1) RaspberryPi Compute Module 3 Lite. Kúpte si ho v obchode, kde ste dostali RaspberryPi 3B, alebo ho vyskúšajte na ebay.

2) 3,2 palcový LCD s rozhraním RGB/DPI. Uistite sa, že máte modul LCD s rozhraním RGB/DPI, pretože je nevyhnutné stavať túto konzolu. LCD som dostal z miestneho e-shopu a rovnaký modul nájdete aj v alibaba. Ak si kúpite alternatívny modul LCD, POŽIADAJTE poskytovateľa, aby vám poslal podrobný parameter a inicializačný kód. Je tiež múdre si kúpiť zodpovedajúce konektory z rovnakého obchodu, pretože existuje toľko rôznych typov konektorov.

3) ALPS SKPDACD010. Taktový spínač so zdvihom 1,75 mm. Vyhľadajte ho vo svojom miestnom obchode s elektronickými súčiastkami.

4) Niektoré ďalšie klávesy. Použite akékoľvek ďalšie taktové klávesy, ktoré môžete získať pre tlačidlá ŠTART/VÝBER/VOL+/VOL-.

5) Reproduktor. Akýkoľvek reproduktor 8 ohm, 0,5-1,5 W.

6) Batéria. Vybral som 34*52*5,0 mm 1S 1 000 mAh Li-ion batériu x2.

7) Niektoré integrované obvody. STM32F103C8T6, IP5306, TDA2822, NC7WZ16, SY8113, PT4103 a pod.

8) Niektoré konektory. USB-Micro Female, PJ-237 (telefónny konektor), konektor pre kartu TF, DDR2 SODIMM a pod.

9) Niektoré pasívne komponenty. Rezistory, kondenzátory a induktory.

10) Vlastná doska plošných spojov. Schématické súbory a súbory PCB sú uvedené na konci. Ak používate akékoľvek alternatívne diely, nezabudnite to zmeniť.

11) 3D tlačiareň. Uistite sa, že je schopný tlačiť diely až do veľkosti 152*66*10 mm.

12) Dosť vlákna PLA.

Krok 2: Výpočtový modul 3

Raspberry Pi Compute Module 3 je veľmi výkonná základná doska na prototypovanie niektorých zaujímavých gadgetov. Podrobný úvod nájdete tu. A niekoľko užitočných informácií nájdete tu.

Modul používa konektor DDR2 SODIMM, ktorého používanie je o niečo ťažšie. Navyše sú vyvedené všetky GPIO piny jadra BCM2837 BANK1 a BANK0.

Aby sme mohli začať používať výpočtový modul, musíme poskytnúť niekoľko rôznych napätí: 1,8 V, 3,3 V, 2,5 V a 5,0 V. 1,8 V a 3,3 V sa používajú na napájanie niektorých periférií, z ktorých každá potrebuje približne 350 mA. Napájacie vedenie 2,5 V poháňa DAC TV-out a dá sa pripojiť na 3,3 V, pretože nepotrebujeme funkciu TV-out. 5,0 V by malo byť pripojené k pinom VBAT a napája jadro. Vstup VBAT akceptuje napätie v rozsahu od 2,5 V do 5,0 V a uistite sa, že napájací zdroj môže mať výstup až 3,5 W. Piny VCCIO (GPIO_XX-XX_VREF) je možné pripojiť k 3,3 V, pretože používame úroveň 3,3 V CMOS. Pin SDX_VREF by mal byť tiež pripojený k 3,3 V.

Tu nie sú použité všetky piny HDMI, DSI, CAM, nechajte ich plávať. Nezabudnite zapojiť kolík EMMC_DISABLE_N na 3,3 V, pretože ako funkciu pevného disku použijeme namiesto pevného disku USB kartu TF.

Potom pripojte kolíky SDX_XXX k zodpovedajúcim kolíkom v slote karty TF a nie sú potrebné žiadne výsuvné ani sťahovacie odpory. V tomto kroku sme pripravení naštartovať počítačový modul Raspberry Pi Compute Module 3. Zapnite napájanie v zostupnom poradí: 5V, 3,3V a potom 1,8V, systém by sa mal dať naštartovať, ale pretože neexistuje žiadny výstup zariadenie, len nevieme, či funguje dobre. V ďalšom kroku teda musíme pridať displej, aby sme to skontrolovali.

Ale skôr, ako budeme pokračovať, musíme Pi najskôr povedať, akú funkciu má každé GPIO. Tu poskytnem niekoľko súborov, vložím „dt-blob.bin“, „bcm2710-rpi-cm3.dtb“a „config.txt“do zavádzacieho priečinka novo flashovanej karty TF. Vložte „dcdpi.dtbo“do priečinka /boot /overlay. Súbor dt-blob.bin definuje predvolenú funkciu každého GPIO. Mením GPIO14/15 na normálne GPIO a funkciu UART0 presúvam na GPIO32/33, pretože potrebujeme GPIO14/15 na prepojenie s LCD modulom. Pílu tiež hovorím, aby používalo funkciu GPIO40/41 ako funkciu pwm, a robil z nich pravý a ľavý zvukový výstup. Dcdpi.dtbo je prekrývajúci súbor zo stromu zariadenia a hovorí Pi, že ako funkciu DPI použijeme GPIO0-25. Nakoniec napíšeme „dtoverly = dcdpi“, aby sme vedeli, že Pi má načítať súbor prekrytia, ktorý sme poskytli.

V tejto chvíli Raspberry Pi úplne rozumie tomu, akú funkciu by malo byť použité pre každé GPIO, a sme pripravení pokračovať.

Krok 3: Rozhranie modulu LCD

Pretože v tejto konzole môžu byť použité rôzne moduly LCD s rozhraním DPI/RGB, ako príklad uvádzame modul použitý v mojej vlastnej zostave. A ak ste vybrali iný, skontrolujte definíciu pinov vášho modulu a urobte spojenia podľa názvov pinov, ako je uvedené v príklade.

Na module LCD sú dve rozhrania: SPI a DPI. SPI slúži na konfiguráciu počiatočných nastavení IC ovládača LCD a môžeme ich pripojiť k akémukoľvek nepoužívanému GPIO. Pripojte iba kolíky Reset, CS, MOSI (SDA/SDI) a SCLK (SCL), kolík MISO (SDO) sa nepoužíva. Na inicializáciu ovládača LCD tu používame knižnicu BCM2835 C Library na riadenie GPIO a na výstupe určitú inicializačnú sekvenciu poskytnutú dodávateľom modulu. Zdrojový súbor nájdete neskôr v tomto návode.

Nainštalujte knižnicu BCM2835 C na iný Raspberry Pi 3 podľa tu uvedených pokynov. Potom pomocou príkazu „gcc -o lcd_init lcd_init.c -lbcm2835“zostavte zdrojový súbor. Potom pridajte nový riadok do súboru /etc/rc.local pred „exit 0“: „/home/pi/lcd_init“(predpokladajme, že ste kompilovanú aplikáciu zaradili do priečinka/home/pi). Malo by byť zdôraznené, že zdrojový súbor sa používa iba pre určitý modul, ktorý som použil, a pre iný modul LCD, stačí požiadať dodávateľa o inicializačnú sekvenciu a zodpovedajúcim spôsobom upraviť zdrojový súbor. Tento proces je dosť zložitý, pretože v tomto okamihu nie je z obrazovky nič vidieť, a preto dôrazne odporúčam, aby ste to urobili na doske RPI-CMIO, pretože vedie všetky GPIO, aby ste ho mohli ladiť pomocou uart alebo wlan.

Nasledujúca časť je jednoduchá, stačí pripojiť ľavé kolíky LCD modulu podľa tu. V závislosti od toho, aký druh modulu LCD máte, vyberte režim RGB múdro. Tu som vybral DPI_OUTPUT_FORMAT_18BIT_666_CFG2 (režim 6). Upravte riadok „dpi_output_format = 0x078206“podľa svojho výberu. A ak váš LCD modul používa iné rozlíšenie, upravte „hdmi_timings = 480 0 41 60 20 800 0 5 10 10 0 0 0 60 0 32000000“podľa nižšie uvedeného súboru.

Ak sú všetky nastavenia správne, pri ďalšom štarte vášho Pi by ste mali vidieť obrazovku na obrazovke po 30-40 s čiernej farby (z napájania systému načíta váš inicializačný skript SPI).

Krok 4: Klávesnica a zvuk

V posledných dvoch krokoch sme skončili s jadrom a výstupom. Prejdime teraz k časti Vstup.

Herná konzola potrebuje klávesy a tlačidlá. Tu potrebujeme 10 prepínačov ALPS SKPDACD010 ako tlačidlá hore/dole/doprava/doľava, LR a A/B/X/Y. A normálne klávesy 6x6 na povrchovú montáž sa používajú pre ďalšie tlačidlá, ako napríklad štart/výber a zvýšenie/zníženie hlasitosti.

Existujú dva spôsoby prepojenia tlačidiel s Raspberry Pi. Jedným zo spôsobov je pripojenie tlačidiel priamo k GPIO na Pi a iným spôsobom je pripojenie tlačidiel k MCU a rozhraniu s Pi prostredníctvom protokolu USB HID. Tu som si vybral ten druhý, pretože potrebujeme MCU, aby sme sa aj tak vysporiadali so sekvenciou zapnutia a je bezpečnejšie držať Pi mimo ľudského kontaktu.

Pripojte teda kľúče k STM32F103C8T6 a potom pripojte MCU k Pi pomocou USB. Príklad programu MCU nájdete na konci tohto kroku. Zmeňte definície pinov v hw_config.c a skompilovajte ich pomocou knižnice USB MCU, ktorá sa nachádza tu. Alebo si môžete stiahnuť hexadecimálny súbor priamo do MCU, pokiaľ na konci tohto návodu budete zdieľať rovnaké definície pinov v schéme.

Pokiaľ ide o zvukové výstupy, oficiálna schéma Raspberry Pi 3 B poskytuje dobrý spôsob filtrovania vlny pwm a rovnaký obvod by tu mal fungovať perfektne. Jedna vec, na ktorú by ste mali poukázať, je, že na koniec súboru config.txt nezabudnite pridať riadok „audio_pwm_mode = 2“, aby sa znížil šum zvukového výstupu.

Na ovládanie reproduktora je potrebný reproduktor. Tu som vybral TDA2822 a obvod je oficiálnym obvodom BTL. Upozorňujeme, že telefónny konektor PJ-327 má na pravom výstupe kolík automatického odpojenia. Ak nie sú zapojené žiadne slúchadlá, pin 3 je pripojený k pravému kanálu. Akonáhle sú slúchadlá zapojené, tento kolík sa odpojí od pravého kanála. Tento kolík je možné použiť ako vstupný kolík reproduktora a reproduktor je stlmený, keď sú zapojené slúchadlá.

Krok 5: Sila

Vráťme sa do silovej časti a skontrolujeme podrobný návrh napájania.

K dispozícii sú 3 výkonové sekcie: napájanie MCU, nabíjačka/posilňovač a zosilňovače DC-DC.

Napájanie MCU je oddelené od všetkých ostatných zdrojov napájania, pretože ho potrebujeme na vykonanie sekvencie pred zapnutím. Keď je tlačidlo napájania stlačené nadol, PMOS pripojí kolík EN LDO k batérii, aby aktivoval LDO. Potom sa MCU zapne (tlačidlo je stále stlačené). Pri štarte MCU skontroluje, či je tlačidlo napájania stlačené dostatočne dlho. Ak asi po 2 sekundách MCU zistí, že je tlačidlo napájania stále stlačené, vytiahne kolík „PWR_CTL“, aby bol PMOS zapnutý. V tejto chvíli MCU preberá kontrolu nad napájaním MCU.

Po opätovnom stlačení vypínača na 2 sekundy MCU spustí sekvenciu vypnutia. Na konci sekvencie vypnutia MCU uvoľní pin „PWR_CTL“, aby sa PMOS vypol a napájanie MCU sa potom vypne.

Časť nabíjačky/posilňovača používa IC IP5306. Tento IC je nabíjaný 2,4 A a 2,1 A, veľmi integrovaný Soc pre použitie v power banke a je dokonale vhodný pre naše potreby. IC je schopný nabíjať batériu, poskytovať výstup 5 V a súčasne zobrazovať úroveň batérie pomocou 4 LED diód.

Časť DC-DC Buck používa dva vysoko účinné 3A zosilňovače SY8113. Výstupné napätie je možné naprogramovať pomocou 2 odporov. Aby sme zaistili postupnosť napájania, potrebujeme, aby MCU najskôr povolil Booster. Signál KEY_IP bude simulovať stlačenie klávesu na kolíku KEY IP5306 a umožní interný 5V zosilňovač. Potom MCU povolí 3,3V dolár potiahnutím kolíka RASP_EN vysoko. A keď je k dispozícii 3,3 V, kolík EN 1,8 V Buck je vytiahnutý vysoko a umožňuje výstup 1,8 V.

Pokiaľ ide o batériu, na konzolu stačia dve lítium-iónové batérie 1000 mAh. Bežná veľkosť tohto druhu batérie je približne 50*34*5 mm.

Krok 6: Nastavenie systému

V tomto kroku dáme dohromady všetky nastavenia.

Najprv si musíte stiahnuť a flashovať obrázok RetroPie na novú kartu TF. Návod a sťahovanie nájdete tu. Stiahnite si verziu Raspberrypi 2/3. Po flash obrázku uvidíte 2 oddiely: oddiel „boot“vo formáte FAT16 a oddiel „Retropie“formátu EXT4.

Keď skončíte, nevkladajte ho okamžite do Raspberry Pi, pretože pre ROM musíme pridať oddiel FAT32. Pomocou nástrojov na vytváranie oddielov, ako je DiskGenius, upravte oddiel EXT4 na približne 5 až 6 GB a vytvorte nový oddiel FAT32 so všetkým voľným priestorom, ktorý na karte TF zostane. Pozrite si obrázok, ktorý som vložil.

Uistite sa, že váš systém dokáže identifikovať čítačku kariet TF ako zariadenie USB-HDD a že v prehliadači uvidíte 3 oddiely. Dve z nich sú prístupné a Windows vás požiada, aby ste ľavú naformátovali. NEFORMÁTUJTE to !!

Najprv otvorte oddiel „boot“a podľa kroku 2 nastavte konfigurácie pinov. Alebo v tomto kroku stačí rozbaliť súbor boot.zip a skopírovať všetky súbory a priečinky do zavádzacieho oddielu. Skopírujte skompilovaný skript lcd_init aj do zavádzacieho oddielu.

Tu sme pripravení vykonať prvé zavedenie, ale pretože neexistuje žiadny displej, dôrazne odporúčam použiť dosku RPI-CMIO so zariadením USB wlan. Potom môžete nakonfigurovať súbor wpa_supplicant a v tomto kroku povoliť ssh. Ak ho však nemáte v úmysle získať, GPIO32/33 je možné použiť ako terminál UART. Pripojte kolíky TX (GPIO32) a RX (GPIO33) k doske USB a získajte prístup k terminálu s prenosovou rýchlosťou 115 200. V každom prípade musíte získať koncový prístup k svojmu Pi.

Pri prvom spustení sa systém zasekne pri pokuse o rozšírenie systému súborov. Ignorujte to, stlačte štart (kláves Enter na klávesnici USB HID) a reštartujte počítač. Na termináli skopírujte skript lcd_init do domáceho priečinka používateľa „pi“a podľa kroku 3 nastavte automatické spustenie. Po ďalšom reštarte by ste mali vidieť obrazovku, ktorá sa rozsvieti a niečo ukáže.

V tejto chvíli je vaša herná konzola pripravená hrať. Na načítanie ROM a systému BIOS na kartu TF však potrebujete zakaždým prístup k terminálu. Aby to bolo jednoduché, navrhujem nastaviť oddiel FAT32.

Najprv zálohujte priečinok RetroPie pod /home /pi na RetroPie-bck: „cp -r RetroPie RetroPie-bck“. Potom pridajte nový riadok do súboru/etc/fstab: "/dev/mmcblk0p3/home/pi/RetroPie defaults, uid = 1000, gid = 1000 0 2" na automatické pripojenie oddielu FAT32 do priečinka RetroPie s nastavením vlastníka na používateľa „pi“. Po reštarte zistíte, že obsah priečinka RetroPie je preč (ak nie je, reštartujte znova) a na obrazovke sa zobrazia niektoré chyby. Skopírujte všetky súbory v programe RetroPie-bck späť do zariadenia RetroPie a znova reštartujte počítač. Chyby by mali zmiznúť a vstupné zariadenie môžete nakonfigurovať podľa pokynov na obrazovke.

Ak chcete pridať ROM alebo BIOS, odpojte kartu TF od napájania a pripojte ju k počítaču. Otvorte 3. oddiel (NEZABUDNITE, aby ste IGNOROVALI tip na formát !!!) a skopírujte súbory do príslušných priečinkov.

Krok 7: 3D tlačené puzdro a tlačidlá

Pre hernú konzolu som navrhol puzdro v štýle GameBoy Micro.

Stačí vytlačiť

4x ABXY. STL

2x LR. STL (Je potrebné pridať podporu)

1x CROSS. STL

1x TOP. STL

1x BOTTOM. STL

Tlačím ich pomocou PLA s 20% výplňou, 0,2 mm vrstvou a je dostatočne pevný.

Keďže je prípad tesný, pred tlačou skontrolujte správnosť tlačiarne pomocou testovacej kocky.

A tri 5 mm dlhé skrutky φ3 mm a štyri 10 mm dlhé skrutky φ3 mm sú potrebné na ich zostavenie dohromady.

Krok 8: Všetko dohromady a riešenie problémov

Pretože obvod je trochu komplikovaný, je to dobrá voľba na prácu na PCB. Na konci tohto kroku je nahratá celá schematická a moja vlastná verzia DPS. Ak máte v úmysle použiť moju verziu DPS, prosím, neodstraňujte moje logo vo vrstve Top_Solder. Je lepšie vytvoriť si vlastné prispôsobenie a odovzdať svoj vlastný súbor DPS miestnemu výrobcovi, aby ho zistil, pretože je skutočne ťažké kúpiť všetky rovnaké diely, ktoré používam na svojej DPS.

Po spájkovaní všetkých súčiastok na doske plošných spojov a testovaní je najskôr potrebné stiahnuť hexadecimálny súbor do MCU. Potom prilepte modul LCD k doske plošných spojov. Modul LCD by mal byť 3 mm nad doskou plošného spoja, aby sa zmestil do puzdra. Nalepte ju hrubou obojstrannou páskou. Potom zapojte FPC do konektora a vložte kartu CM3L a TF. Teraz batériu NEPájejte, zapojte USB napájací zdroj a naštartujte ho!

Skontrolujte všetky tlačidlá a displej. Zmerajte napätie medzi BAT+ a GND a skontrolujte, či je napätie okolo 4,2 V. Ak je napätie v poriadku, odpojte USB kábel a zapojte batériu. Skúste tlačidlo napájania.

Vložte tlačidlo CROSS a ABXY do horného puzdra a do skrinky vložte DPS. Na upevnenie DPS v puzdre použite 3 skrutky. Na zadnú stranu všetkých tlačidiel SKPDACD010 naneste hrubú obojstrannú pásku a prilepte na ňu batériu. NEPOUŽÍVAJTE hrubú pásku, aby ste zabránili poškodeniu kolíkov SKPDACD010. Potom reproduktor prilepte k puzdru BOTTOM. Pred zatvorením možno budete musieť vyskúšať všetky tlačidlá, skontrolovať, či fungujú, a správne sa odraziť. Potom zatvorte puzdro pomocou 4 skrutiek.

Užite si to.

Niekoľko tipov na riešenie problémov:

1) Trikrát skontrolujte kolíkové pripojenie LCD modulu na schéme a doske plošných spojov.

2) Veďte signálne vodiče LCD s obmedzením dĺžky.

3) Ak si nie ste istí výkonovými časťami, spájkujte a otestujte každú sekciu, postupujte podľa poradia napájania. Najprv 5V a potom 3,3V a 1,8V. Po otestovaní všetkých výkonových sekcií spájkujte ostatné komponenty.

4) Ak sa displej často rozmazáva, skúste obrátiť polaritu signálu PCLK nastavením formátu dpi_output_format.

5) Ak je displej veľa mimo stredu, skúste obrátiť polaritu signálu HSYNC alebo VSYNC.

6) Ak je displej mierne mimo stred, skúste upraviť nastavenia preskenovania.

7) Ak je displej čierny, skúste počkať, kým sa systém zavedie do skriptu rc.local. Ak potrebujete zobrazenie od začiatku, skúste prepojiť rozhranie SPI s MCU a pomocou MCU inicializovať modul LCD.

8) Ak je displej stále čierny, znova skontrolujte inicializačnú postupnosť.

9) Akékoľvek otázky môžete položiť tu alebo prostredníctvom e -mailu: [email protected]