Retro-CM3: potężna konsola do gier z obsługą RetroPie: 8 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

Ta instrukcja jest inspirowana PiGRRL Zero firmy adafruit, oryginalną kompilacją Gameboy Zero firmy Wermy i konsolą do gier z obsługą GreatScottLab. Te konsole do gier oparte na RetroPie używają raspberry pi zero (W) jako rdzenia. ALE po zbudowaniu kilku konsol Pi Zero znaleziono dwa główne problemy.

1) Raspberry Pi Zero (W) ma tylko jednordzeniowy Cortex-A7 i 512 MB pamięci RAM, co jest OK dla NES/SNES/GB. Jednak gdy próbowałem uruchomić Emus PS/N64, doświadczenie było nie do przyjęcia. Nawet niektóre gry GBA nie mogą działać płynnie (niektóre opóźnienia w dźwięku, także w niektórych grach NEOGEO, takich jak Metal Slug, w przypadku skomplikowanych scen);2) Większość konsol do gier używa interfejsu SPI lub wyjścia TV jako interfejsu wyświetlacza. Wyświetlacz SPI będzie potrzebował procesora, aby wspomóc sterownik bufora ramki, co pogorszy wrażenia z gry, a liczba klatek na sekundę jest również ograniczona przez szybkość zegara SPI. A jakość wyświetlania na wyjściu TV po prostu nie jest wystarczająco dobra.

W tej instrukcji użyjemy RaspberryPi Compute Module 3 i interfejsu DPI LCD, aby zbudować najlepszą konsolę do gier RetroPie. Powinien być w stanie płynnie uruchomić wszystkie emulatory i zapewniać wysoką rozdzielczość i dużą liczbę klatek na sekundę.

Ostateczny rozmiar konsoli do gier to 152x64x18mm z baterią do 2000mAh. Całkowita kompilacja kosztuje około 65 USD, w tym niestandardowa płytka drukowana, wszystkie komponenty, karta TF o pojemności 16 GB i moduł obliczeniowy RaspberryPi 3 Lite. Ponieważ mam już drukarkę 3D, sprawa kosztuje mnie tylko 64g filamentu PLA.

Zaczynajmy.

Uwaga: ponieważ angielski nie jest moim pierwszym językiem, jeśli znajdziesz jakieś błędy lub coś nie jest jasne, uprzejmie daj mi znać.

To jest mój pierwszy post na instructable.com i naprawdę potrzebuję wszelkiego rodzaju sugestii od was.

Krok 1: Składniki

Oto składniki potrzebne do zbudowania konsoli do gier. Niektóre części mogą nie być dostępne w Twoim regionie, wypróbuj inne części.

1) Moduł obliczeniowy RaspberryPi 3 Lite. Kup go w sklepie, w którym otrzymałeś RaspberryPi 3B lub wypróbuj go w serwisie eBay.

2) 3.2-calowy wyświetlacz LCD z interfejsem RGB/DPI. UPEWNIJ SIĘ, że masz moduł LCD z interfejsem RGB/DPI, ponieważ MUSISZ zbudować tę konsolę. Dostałem swój LCD z lokalnego sklepu internetowego i ten sam moduł można znaleźć w alibaba. Jeśli kupisz alternatywny moduł LCD, POPROŚ dostawcę o przesłanie szczegółowych parametrów i kodu inicjującego. Mądrym wyborem jest również kupowanie odpowiednich złączy w tym samym sklepie, ponieważ istnieje wiele różnych typów złączy.

3) ALPY SKPDACD010. Przełącznik Tact o skoku 1,75 mm. Wyszukaj w lokalnym sklepie z podzespołami elektronicznymi.

4) Kilka innych kluczy. Użyj dowolnych innych klawiszy taktu, które możesz uzyskać dla przycisków START/SELECT/VOL+/VOL-.

5) Głośnik. Dowolny głośnik 8 omów, 0,5-1,5 W.

6) Bateria. Wybrałem akumulator litowo-jonowy 34*52*5.0mm 1S 1000mAh x2.

7) Niektóre układy scalone. STM32F103C8T6, IP5306, TDA2822, NC7WZ16, SY8113, PT4103 itp.

8) Niektóre złącza. USB-Micro Female, PJ-237 (gniazdo telefoniczne), gniazdo karty TF, DDR2 SODIMM itp.

9) Niektóre elementy pasywne. Rezystory, kondensatory i cewki indukcyjne.

10) Niestandardowa płytka drukowana. Pliki schematów i PCB znajdują się na końcu. Pamiętaj, aby wprowadzić w nim zmiany, jeśli używasz jakichkolwiek alternatywnych części.

11) Drukarka 3D. Upewnij się, że jest w stanie drukować części do rozmiaru 152*66*10 mm.

12) Wystarczająca ilość filamentu PLA.

Krok 2: Moduł obliczeniowy 3

Raspberry Pi Compute Module 3 to bardzo wydajna płyta główna do prototypowania niektórych interesujących gadżetów. Szczegółowe wprowadzenie można znaleźć tutaj. Kilka przydatnych informacji można znaleźć tutaj.

Moduł wykorzystuje złącze typu DDR2 SODIMM, które jest nieco trudniejsze w użyciu. Dodatkowo wszystkie piny GPIO rdzenia BCM2837 BANK1 i BANK0 są wyprowadzone.

Aby zacząć korzystać z modułu obliczeniowego, musimy podać kilka różnych napięć: 1,8V, 3,3V, 2,5V i 5,0V. Wśród nich napięcie 1,8 V i 3,3 V służy do zasilania niektórych urządzeń peryferyjnych, które wymagają około 350 mA każde. Linia zasilająca 2,5 V napędza DAC wyjścia TV i może być podłączona do 3,3 V, ponieważ nie potrzebujemy funkcji wyjścia TV. 5.0V powinno być podłączone do pinów VBAT i zasila rdzeń. Wejście VBAT akceptuje napięcia z zakresu od 2,5 V do 5,0 V i po prostu upewnij się, że zasilacz ma moc wyjściową do 3,5 W. Piny VCCIO (GPIO_XX-XX_VREF) można podłączyć do 3,3 V, ponieważ używamy poziomu CMOS 3,3 V. Pin SDX_VREF należy również podłączyć do 3,3V.

Wszystkie piny HDMI, DSI, CAM nie są tutaj używane, po prostu pozostaw je pływające. Pamiętaj, aby powiązać pin EMMC_DISABLE_N z napięciem 3,3 V, ponieważ użyjemy karty TF jako dysku twardego zamiast funkcji rozruchu USB.

Następnie podłącz styki SDX_XXX do odpowiednich styków w gnieździe karty TF i nie są potrzebne żadne rezystory podciągające ani podciągające. Na tym etapie jesteśmy gotowi do uruchomienia modułu Raspberry Pi Compute Module 3. Włącz zasilanie w kolejności malejącej: 5 V, 3,3 V, a następnie 1,8 V, system powinien być w stanie uruchomić się, ale nie ma wyjścia urządzenie, po prostu nie wiemy, czy działa dobrze. Musimy więc dodać wyświetlacz, aby to sprawdzić w następnym kroku.

Ale zanim przejdziemy dalej, musimy najpierw powiedzieć Pi, jaka jest funkcja każdego GPIO. Tutaj dostarczam kilka plików, umieszczam "dt-blob.bin", "bcm2710-rpi-cm3.dtb" i "config.txt" w folderze startowym nowo flashowanej karty TF. Umieść "dcdpi.dtbo" w folderze /boot/overlay. Dt-blob.bin definiuje domyślną funkcję każdego GPIO. Zmieniam GPIO14/15 na normalne GPIO i przenoszę funkcję UART0 na GPIO32/33, ponieważ potrzebujemy GPIO14/15 do połączenia z modułem LCD. Mówię również Pi, aby używał GPIO40/41 jako funkcji pwm i uczynił je prawym i lewym wyjściem audio. dcdpi.dtbo jest plikiem nakładki drzewa urządzenia i mówi Pi, że użyjemy GPIO0-25 jako funkcji DPI. Na koniec piszemy „dtoverly=dcdpi”, aby poinformować Pi, aby załadować dostarczony przez nas plik nakładki.

W tej chwili Raspberry Pi jest w pełni zrozumiałe, która funkcja powinna być używana dla każdego GPIO i jesteśmy gotowi, aby przejść dalej.

Krok 3: Podłączanie modułu LCD

Ponieważ w tej konsoli mogą być używane różne moduły LCD interfejsu DPI/RGB, tutaj jako przykład weźmiemy moduł używany w mojej własnej kompilacji. A jeśli wybrałeś inny, sprawdź definicję pinów swojego modułu i po prostu wykonaj połączenia zgodnie z nazwami pinów, jak pokazano w przykładzie.

Na module LCD są dwa interfejsy: SPI i DPI. SPI służy do konfiguracji początkowych ustawień układu scalonego sterownika LCD i możemy je podłączyć do dowolnego nieużywanego GPIO. Podłącz tylko piny Reset, CS, MOSI(SDA/SDI) i SCLK(SCL), pin MISO(SDO) nie jest używany. Aby zainicjować sterownik LCD, tutaj używamy biblioteki C BCM2835 do sterowania GPIO i wyprowadza pewną sekwencję inicjalizacji dostarczoną przez dostawcę modułu. Plik źródłowy można znaleźć w dalszej części tej instrukcji.

Zainstaluj bibliotekę BCM2835 C na innym Raspberry Pi 3 zgodnie z instrukcjami tutaj. Następnie użyj polecenia „gcc -o lcd_init lcd_init.c -lbcm2835”, aby skompilować plik źródłowy. Następnie dodaj nową linię w pliku /etc/rc.local przed "exit 0": "/home/pi/lcd_init" (załóżmy, że umieściłeś skompilowaną aplikację w folderze /home/pi). Należy podkreślić, że plik źródłowy jest używany tylko dla określonego modułu, którego użyłem i dla innego modułu LCD, wystarczy poprosić dostawcę o sekwencję inicjalizacji i odpowiednio zmodyfikować plik źródłowy. Ten proces jest dość skomplikowany, ponieważ w tym momencie nic nie widać na ekranie, dlatego zdecydowanie sugeruję, abyś zrobił to na płycie RPI-CMIO, ponieważ prowadzi ona wszystkie GPIO, dzięki czemu możesz debugować za pomocą uart lub wlan.

Poniższa część jest łatwa, wystarczy podłączyć lewe piny modułu LCD zgodnie z tym opisem. W zależności od posiadanego modułu LCD, mądrze wybierz tryb RGB. Dla mnie tutaj wybrałem DPI_OUTPUT_FORMAT_18BIT_666_CFG2(tryb 6). Zmień wiersz „dpi_output_format=0x078206” zgodnie z własnym wyborem. A jeśli twój moduł LCD używa innej rozdzielczości, dostosuj „hdmi_timings=480 0 41 60 20 800 0 5 10 10 0 0 0 60 0 32000000” patrz plik tutaj.

Jeśli wszystkie ustawienia są poprawne, przy następnym uruchomieniu Pi, powinieneś zobaczyć wyświetlacz na ekranie po 30-40s czerni (od zasilania do systemu ładuje twój skrypt inicjalizacji SPI).

Krok 4: Klawiatura i dźwięk

Skończyliśmy z rdzeniem i danymi wyjściowymi w ostatnich dwóch krokach. Przejdźmy teraz do części wejściowej.

Konsola do gier potrzebuje klawiszy i przycisków. Tutaj potrzebujemy 10 przełączników ALPS SKPDACD010 jako przyciski góra/dół/prawo/lewo, LR i A/B/X/Y. Zwykłe klawisze do montażu powierzchniowego 6x6 są używane do innych przycisków, takich jak start/wybór i zwiększanie/zmniejszanie głośności.

Istnieją dwa sposoby połączenia przycisków z Raspberry Pi. Jednym ze sposobów jest podłączenie przycisków bezpośrednio do GPIO na Pi, a innym sposobem jest podłączenie przycisków do MCU i interfejs z Pi przez protokół USB HID. Tutaj wybrałem drugi, ponieważ i tak potrzebujemy MCU, aby poradzić sobie z sekwencją włączania i bezpieczniej jest trzymać Pi z dala od ludzkiego dotyku.

Podłącz więc klucze do STM32F103C8T6, a następnie podłącz MCU do Pi za pomocą USB. Przykład programu MCU można znaleźć na końcu tego kroku. Zmień definicje pinów w hw_config.c i skompiluj je za pomocą biblioteki USB MCU znajdującej się tutaj. Lub możesz po prostu pobrać plik szesnastkowy bezpośrednio do MCU, o ile udostępniasz te same definicje pinów na schemacie na końcu tej instrukcji.

Jeśli chodzi o wyjścia audio, oficjalny schemat Raspberry Pi 3 B daje dobry sposób na filtrowanie fali pwm i ten sam układ powinien tu działać idealnie. Jedną rzeczą, na którą należy zwrócić uwagę, jest to, że pamiętaj o dodaniu linii "audio_pwm_mode=2" na końcu pliku config.txt w celu zmniejszenia szumów wyjścia audio.

Aby wysterować głośnik, potrzebny jest sterownik głośnika. Tutaj wybrałem TDA2822, a obwód jest oficjalnym obwodem BTL. Zwróć uwagę, że gniazdo telefoniczne PJ-327 ma pin automatycznego odłączania na prawym wyjściu. Gdy nie są podłączone słuchawki, pin 3 jest podłączony do prawego kanału. A jak tylko słuchawki są wpięte, ten pin jest odpinany od prawego kanału. Ten pin może być używany jako pin wejściowy głośnika, a głośnik zostanie wyciszony po podłączeniu słuchawek.

Krok 5: Moc

Wróćmy do sekcji zasilania i sprawdźmy szczegółowy projekt zasilania.

Istnieją 3 sekcje zasilania: zasilanie MCU, ładowarka/wzmacniacz i dolna część DC-DC.

Zasilanie MCU jest oddzielone od wszystkich innych zasilaczy, ponieważ potrzebujemy go do wykonania sekwencji przed włączeniem. Gdy przycisk zasilania zostanie wciśnięty, PMOS połączy pin EN LDO z baterią, aby włączyć LDO. Następnie włącza się MCU (przycisk jest nadal wciśnięty). Podczas uruchamiania MCU sprawdzi, czy przycisk zasilania jest wciśnięty wystarczająco długo. Po około 2 sekundach, jeśli MCU stwierdzi, że przycisk zasilania jest nadal wciśnięty, podniesie pin „PWR_CTL”, aby utrzymać włączony PMOS. W tym momencie MCU przejmuje kontrolę nad zasilaniem MCU.

Po ponownym naciśnięciu przycisku zasilania przez 2 sekundy, MCU uruchomi sekwencję wyłączania. Pod koniec sekwencji wyłączania MCU zwolni pin „PWR_CTL”, aby umożliwić wyłączenie PMOS, a następnie wyłączenie zasilania MCU.

Część ładowarki/wzmacniacza wykorzystuje IC IP5306. Ten układ scalony ma ładowanie 2,4 A i rozładowywanie 2,1 A, wysoce zintegrowany Soc do użytku z power bankiem i jest idealnie dopasowany do naszych potrzeb. Układ scalony jest w stanie naładować akumulator, zapewnić wyjście 5 V i jednocześnie pokazywać poziom akumulatora za pomocą 4 diod LED.

Część Buck DC-DC wykorzystuje dwa buckle SY8113 o wysokiej wydajności 3A. Napięcie wyjściowe można zaprogramować za pomocą 2 rezystorów. Aby zapewnić sekwencję zasilania, najpierw potrzebujemy MCU, aby włączyć Booster. Sygnał KEY_IP zasymuluje naciśnięcie klawisza na pin KEY IP5306 i włączy wewnętrzny wzmacniacz 5V. Następnie MCU włączy złotówkę 3,3 V, pociągając wysoko pin RASP_EN. A po dostarczeniu 3,3 V, pin EN buck 1,8 V jest wyciągany wysoko i włącza wyjście 1,8 V.

Jeśli chodzi o akumulator, do konsoli wystarczą dwa akumulatory litowo-jonowe 1000 mAh. Normalny rozmiar tego rodzaju baterii to około 50*34*5mm.

Krok 6: Konfiguracja systemu

W tym kroku połączymy wszystkie konfiguracje.

Najpierw musisz pobrać i sflashować obraz RetroPie na nową kartę TF. Samouczek i pobieranie można znaleźć tutaj. Pobierz wersję Raspberrypi 2/3. Po flashowaniu obrazu zobaczysz 2 partycje: partycję „boot” w formacie FAT16 i partycję „Retropie” w formacie EXT4.

Kiedy skończysz, nie wkładaj go od razu do Raspberry Pi, ponieważ musimy dodać partycję FAT32 dla romów. Użyj narzędzi do partycjonowania, takich jak DiskGenius, aby dostosować partycję EXT4 do około 5-6 GB i utwórz nową partycję FAT32 z całym wolnym miejscem na karcie TF. Zapoznaj się z przesłanym przeze mnie zdjęciem.

Upewnij się, że twój system jest w stanie zidentyfikować czytnik kart TF jako urządzenie USB-HDD, a zobaczysz 3 partycje w eksploratorze. Dwa z nich są dostępne, a system Windows poprosi o sformatowanie lewego. NIE formatuj tego!!

Najpierw otwórz partycję „boot” i wykonaj krok 2, aby skonfigurować konfiguracje pinów. Możesz też po prostu rozpakować plik boot.zip w tym kroku i skopiować wszystkie pliki i foldery na partycję rozruchową. Pamiętaj, aby skopiować również skompilowany skrypt lcd_init na partycję rozruchową.

Tutaj jesteśmy gotowi do wykonania pierwszego rozruchu, ale ponieważ nie ma wyświetlacza, zdecydowanie zalecam użycie płyty RPI-CMIO z urządzeniem USB wlan. Następnie możesz skonfigurować plik wpa_supplicant i włączyć ssh na tym etapie. Jeśli jednak nie zamierzasz go uzyskać, GPIO32/33 może być używany jako terminal UART. Podłącz pin TX(GPIO32) i RX(GPIO33) do płytki USB-UART i uzyskaj dostęp do terminala z szybkością transmisji 115200. Tak czy inaczej, musisz uzyskać dostęp do terminala do swojego Pi.

Przy pierwszym uruchomieniu system zablokuje się podczas próby rozszerzenia systemu plików. Zignoruj to, naciśnij start (klawisz Enter na klawiaturze USB HID) i uruchom ponownie. Na terminalu skopiuj skrypt lcd_init do folderu domowego użytkownika „pi” i wykonaj krok 3, aby ustawić automatyczne uruchamianie. Po kolejnym ponownym uruchomieniu powinieneś zobaczyć ekran, który się zaświeci i coś pokaże.

W tej chwili Twoja konsola do gier jest gotowa do gry. Jednak, aby załadować ROMy i BIOS-y na kartę TF, za każdym razem potrzebujesz dostępu do terminala. Aby to uprościć, sugeruję skonfigurowanie partycji FAT32.

Najpierw wykonaj kopię zapasową folderu RetroPie w /home/pi do RetroPie-bck: "cp -r RetroPie RetroPie-bck". Następnie dodaj nową linię w /etc/fstab: "/dev/mmcblk0p3 /home/pi/RetroPie defaults, uid=1000, gid=1000 0 2", aby automatycznie zamontować partycję FAT32 do folderu RetroPie z ustawieniem właściciela na użytkownika "Liczba Pi". Po ponownym uruchomieniu okaże się, że zawartość folderu RetroPie zniknęła (jeśli tak nie jest, uruchom ponownie ponownie), a na ekranie pojawią się pewne błędy. Skopiuj wszystkie pliki w RetroPie-bck z powrotem do RetroPie i uruchom ponownie. Błędy powinny zniknąć i możesz skonfigurować urządzenie wejściowe, postępuj zgodnie z instrukcjami na ekranie.

Jeśli chcesz dodać ROMy lub BIOS-y, odłącz kartę TF po wyłączeniu i podłącz ją do komputera. Otwórz trzecią partycję (PAMIĘTAJ, aby Zignorować wskazówkę dotyczącą formatu !!!) i skopiuj pliki do odpowiednich folderów.

Krok 7: Etui i przyciski z nadrukiem 3D

Zaprojektowałem obudowę w stylu GameBoy Micro dla konsoli do gier.

Wystarczy wydrukować

4x ABXY. STL

2x LR. STL (trzeba dodać wsparcie)

1x KRZYŻ. STL

1x TOP. STL

1x DOL. STL

Drukuję je przy użyciu PLA z 20% wypełnieniem, warstwą 0,2mm i jest wystarczająco mocne.

Ponieważ obudowa jest ciasna, przed drukowaniem sprawdź dokładność drukarki za pomocą kostki testowej.

Do ich połączenia potrzebne są trzy wkręty 3 mm o długości 5 mm i cztery wkręty 3 mm o długości 10 mm.

Krok 8: Wszystko razem i rozwiązywanie problemów

Ponieważ obwód jest dość skomplikowany, dobrym wyborem jest wykonanie niektórych prac na płytce drukowanej. Cały schemat i moja własna wersja PCB wgrywam na końcu tego kroku. Jeśli zamierzasz używać mojej wersji PCB, uprzejmie proszę nie usuwać mojego logo z warstwy Top_Solder. Lepiej zrobić własne dostosowanie i przekazać własny plik PCB lokalnemu producentowi, aby go rozszyfrować, ponieważ naprawdę trudno jest kupić te same części, których używam na mojej PCB.

Po przylutowaniu i przetestowaniu wszystkich elementów na płytce drukowanej, pierwszą rzeczą do zrobienia jest pobranie pliku hex do MCU. Następnie przyklej moduł LCD na płytce drukowanej. Moduł LCD powinien znajdować się 3 mm nad płytką drukowaną, aby zmieścił się w obudowie. Użyj grubej taśmy dwustronnej, aby ją przykleić. Następnie podłącz FPC do złącza i włóż kartę CM3L i TF. NIE lutuj teraz baterii, podłącz źródło zasilania USB i uruchom go!

Sprawdź wszystkie przyciski i wyświetlacz. Zmierz napięcie między BAT+ i GND, sprawdź, czy napięcie wynosi około 4,2V. Jeśli napięcie jest w porządku, odłącz kabel usb i przylutuj baterię. Wypróbuj przycisk zasilania.

Umieść przycisk CROSS i ABXY w obudowie TOP, a płytkę PCB w obudowie. Użyj 3 śrub do zamocowania PCB w obudowie. Dodaj grubą dwustronną taśmę z tyłu wszystkich przycisków SKPDACD010 i przyklej do niej baterię. NALEŻY używać grubej taśmy, aby uniknąć uszkodzenia akumulatora przez szpilki SKPDACD010. Następnie przyklej głośnik do obudowy BOTTOM. Zanim go zamkniesz, być może będziesz musiał wypróbować wszystkie przyciski, sprawdzić, czy działają i odbijają się prawidłowo. Następnie zamknij obudowę 4 śrubami.

Cieszyć się.

Kilka wskazówek dotyczących rozwiązywania problemów:

1) Trzykrotnie sprawdź połączenie pinów modułu LCD na schemacie i PCB.

2) Poprowadź przewody sygnałowe LCD z ograniczeniem długości.

3) Jeśli nie masz pewności co do sekcji zasilania, przylutuj i przetestuj każdą sekcję zgodnie z sekwencją zasilania. Najpierw 5V, potem 3,3V i 1,8V. Po przetestowaniu wszystkich sekcji zasilających przylutuj pozostałe elementy.

4) Jeśli obraz często się rozmywa, spróbuj odwrócić polaryzację sygnału PCLK, ustawiając format dpi_output_format.

5) Jeśli wyświetlacz jest bardzo przesunięty w środku, spróbuj odwrócić polaryzację sygnału HSYNC lub VSYNC.

6) Jeśli obraz jest nieco przesunięty na środku, spróbuj dostosować ustawienia overscan.

7) Jeśli wyświetlacz jest czarny, spróbuj poczekać, aż system uruchomi się do skryptu rc.local. Jeśli potrzebujesz wyświetlacza od samego początku, spróbuj podłączyć interfejs SPI do MCU i użyj MCU do zainicjowania modułu LCD.

8) Jeśli wyświetlacz jest cały czas czarny, sprawdź ponownie sekwencję inicjalizacji.

9) Zapraszam do zadawania pytań tutaj lub przez e-mail: [email protected]