将开发板设计拆解为10个部分，教你DIY属于年轻人的第一块全志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。

硬件设计

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：

• SVREF用于给DRAM提供参考电压，该部分所需电压为VCC_DRAM/2
• 2VCC_DRAM为DRAM供电，电压为2.5V
• VCC_IO为GPIO供电，电压为3.3V
• VCC_CORE为核心供电，电压为1.2V
• AVCC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。
• X1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。

如上图所示，相关线路说明如下所示：

• CLK: 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
• CMD: 命令传输线，命令通过该CMD线串行传输
• D0～D3: 数据通过这些数据线传传输
• 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
• SHELL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。

如上图所示，该部分除了串口转USB外，还兼顾了系统的供电。

• 用户通过Type-C线缆连接该调试口后，将同时为开发板供电
• 板上的5.1K电阻用于双头Type-C线缆识别从机，为其供电
• 如果R12,R13不焊接会导致使用双头Type-C线时板子没有供电
• D2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。

• SVREF用于给DRAM提供参考电压，该部分所需电压为VCC_DRAM/2
• 2VCC_DRAM为DRAM供电，电压为2.5V
• VCC_IO为GPIO供电，电压为3.3V
• VCC_CORE为核心供电，电压为1.2V
• AVCC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。
• X1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：

• L为计算出的电感容量
• Vout为降压芯片输出电压
• L为计算出的电感容量
• Vin为降压芯片输入电压
• Fsw为芯片开关频率，SY8089取1.5Mhz，也就是1500000Hz
• Iout,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：

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：

• Rh为上端分压电阻阻值
• Rl为下端分压电阻阻值
• 0.6V指的是芯片的Vfb，也就是反馈电阻
• Vout即最终的电压输出值
• 在这里，我们需要确定Rl和Vout，然后将其代入公式，计算出Rh
• 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。

• 上电后，F1C200S首先从内部BROM (芯片内置，无法擦除)启动
• 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
• 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
• 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
• 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。

• R4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
• C16为滤波电容
• SW2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
• /WP为SPI Nor Flash保护引脚，低电平有效，有效时无法写入数据
• /HOLDor/RESET为SPI Nor Flash保持或者复位输入引脚。
• 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）：

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。

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：

• C19 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
• BL_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
• L1 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：

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

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：

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……想获取资料自己DIY学习的伙伴可以前往获取