全志H6开发板-从零入门ARM高速电路设计

logicworld · 2023-04-09 22:01:34

本项目开源主要目的是帮助想学ARM高速电路的小伙伴们，学会自己做一个ARM开发板(eg. 全志H6开发板)。快来看看是否真从零入门，有手就行！

全志H6开发板

简介

全志H6开发板以全志H6为主控芯片，拥有2GB LPDDR3内存，8GB EMMC，AP6212(WIFI+BT)，常见的USB，HDMI，耳机音频等接口，以及开放了26Pin的GPIO。
硬件上面兼容了Orange Pi 3 LTS，可以烧写香橙派的系统，完全对接它的软件，比如：使用香橙派提供的GPIO操作工具，操作IO端口。

支持系统

Ubuntu 22.04 - Jammy等
Debian 11 - Bullseye等
Android TV 9.0

特性

基于全志 H6 芯片，4核Cortex A53，Mali-T720 GPU
2GB LPDDR3 内存(经DragonHD实测最高跑到888MHZ)与 8GB eMMC 储存，支持TF卡扩展
HDMI最高支持4K@60HZ，实测至少支持2K@60HZ
板载AP6212(WIFI+BT)(WIFI上下行速度实测30Mbps+)
4个USB口，包括1个USB 3.0，1个USB 2.0，1个USB OTG，1个USB Type C电源接口
支持HDMI和3.5mm接口输出音频(音质清晰，未见杂音)
板载 26 Pin GPIO，支持常用接口，eg. I2C, SPI, UART, PWM等，兼容Orange Pi 3 LTS的GPIO接口
独立调试串口，启动时输出UBOOT，内核调试信息，进入系统后可作为Console使用
搭配AXP805电源方案
支持从eMMC和TF卡启动
支持通过调试USB直接烧写固件(仅Android系统)

Demo照片

1677342896283-缩小.jpg
1677344865006_网速测试.png

从零入门ARM高速电路设计

缘起

每次看到手机，电脑，XX派的PCB里面密密麻麻的元器件，就想着啥时候我也能做个类似的东西。但是真的想要去做去学的时候，就觉着无从下手。网络上有不少讲STM32，ESP32等MCU的电路硬件设计和软件开发。但是完全没有见过有人讲怎么设计一个类似于树莓派的开发板/应用，基本都是讲怎么在这个派上面配置软件和环境，玩各种创意。开源的派倒也不少，但是都只是给出了最终的成果(原理图+PCB+Demo视频)，缺乏中间过程，更不知道怎么让自己学会独立做出这样的东西。看完了别人的派之后，羡慕，但除了羡慕什么也做不了。

后来我在学习硬件的过程中，一直在关注寻找相关的信息。直到有一天我找到了一份全志H6的软硬件开发文档(来自吴川斌的博客)，文档里面包含了非常详细的信息，原理图，PCB，调试手册，IC datasheet，甚至连生产指南都有。博客里面还特别说了一句，可以用H6来入门ARM高速电路设计。我感觉差不多时机成熟了，虽然具体要怎么做依然不是那么清晰，但先走着看看。

从最开始的学习到最终在板子上面调通各种功能，历时5个月时间，有效工作时间是2.5个月的晚上业余时间(2-3小时)。学习一个月，原理图两星期，PCB两星期，调试两星期。这个过程也是各种摸索和踩坑。

教程目的

除了我以外，肯定也会有其他小伙伴有类似的想法，想入门学习一下高速电路设计，但苦于资料太少了。既然当初我找不到这样的学习教程，不如现在我自己来做一个这样的教程。本教程，将给出一个可行的学习路径，分享我自己在做的过程中的一些经验(看别人似乎挺容易的，但自己操作起来怎么那么难，eg. BGA焊接)，以及设计过程中的一些考量。我也是一个业余爱好者，大家一起共同学习吧！愿大家都能成为自己曾今羡慕的人！

教程

需求和设计考量：教程-第一章
- 项目需求有哪些？希望做成什么样子？
- 为什么我选择了全志H6芯片？如果，你要选择做其他主控芯片，要考虑哪些东西？
- 整体设计和规划上面有哪些考虑？
原理图设计：教程-第二章
- 模块级方案设计
- 原理图设计的精髓-抄？
- 设计中的注意事项
- 原理图自查的方式
- 更进一步
PCB设计：
- 上部分：教程-第三章(上)
  - 一个谜
  - 初遇高速PCB设计
  - 密密麻麻的PCB
  - 原来PCB设计软件中有这么多概念，之前都走马观花了
  - 高速电路基础知识-阻抗和层叠
  - 触碰工艺边界
- 中部分：教程-第三章(中)
  - 模块化布局
  - BGA出线-原来是有套路的
  - 高速电路设计的大山-DDR与蛇形等长
    - 什么叫蛇形走线？
    - 为什么要等长？
    - 哪些信号算一组？
    - 同组同层
    - 2W/3W线距约束
    - DDR拉线
    - LCEDA中的工具
  - 拉线工程师
- 下部分：敬请期待
  - 电源平面的分割
  - 打板前的检查
  - LCEDA的优势和不足之处
焊接和调试：敬请期待
- 打板和SMT贴片
- 第一座大山-QFN焊接
- 在迷宫中慢慢摸索-BGA焊接
- 看到曙光了-DragonHD DDR内存测试
软硬件联调：敬请期待
- 再次见到Orange-正常进入Ubuntu
- WIFI测试-比想象中的顺利
- 音频测试-音质还可以
- GPIO测试-兼容OrangePi还是省事不少
- GPU测试-小板子上看到3D的效果还是有点激动的
- 稳定性测试-还是太烫了
- 江湖再见

开源的原理图，PCB和BOM

tocurd · 2023-04-10 09:21:12

问一下这种BGA的咋手焊啊

yelong98 · 2023-04-10 10:54:02

这么好的贴子居然没人顶，期待后续软硬件联调

Gentlepig · 2023-04-10 11:20:02

tocurd 说：

问一下这种BGA的咋手焊啊

应该是热风枪吹，失败了然后手动植球(球不知道是用烙铁焊还是风枪吹)

真强啊，赶紧去下载文件学习下。

最近编辑记录 Gentlepig (2023-04-10 11:21:46)

logicworld · 2023-04-10 23:18:13

tocurd 说：

问一下这种BGA的咋手焊啊

对的，使用热风枪吹，失败之后再用钢网+锡膏植球。我也是第一次焊接BGA，植球估计植了10-20次，焊接焊了5-10次，才基本算是学会焊BGA了。后面会在教程中分享一下我自己的焊接学习过程和经验，对于新手入门BGA焊接应该会比较有帮助。

Blueskull · 2023-04-11 08:22:24

tocurd 说：

问一下这种BGA的咋手焊啊

几百块钱买个预热板，你会感谢我的。预热板开到200度，热风开到320度，吹无铅焊锡（217C）太容易了。

willX · 2023-04-11 16:14:52

Blueskull 说：

tocurd 说：
问一下这种BGA的咋手焊啊
几百块钱买个预热板，你会感谢我的。预热板开到200度，热风开到320度，吹无铅焊锡（217C）太容易了。

预热台确实好用，赞！
热风开到320，板子上得有300°了。这样焊接BGA IC能扛得住吗？

最近编辑记录 willX (2023-04-11 16:15:42)

nTliang · 2023-04-11 17:24:21

楼主牛逼，才知道usb和sd卡都要做阻抗匹配

Gentlepig · 2023-04-14 10:46:16

nTliang 说：

楼主牛逼，才知道usb和sd卡都要做阻抗匹配

sd卡不需要做阻抗匹配吧？

yelong98 · 2023-04-14 13:54:38

Sd卡低速设备，不做完全不影响，基本上100M以上速度需要和等长

tocurd · 2023-04-15 09:17:20

想问下H6从哪里拿呀，怕买到不能用的

apollo800 · 2023-04-16 19:59:27

h6有usb3.0吗？你确定好用吗？我记得全志全系列都没有能用的USB3.0

xlbook · 2023-04-16 21:13:45

tocurd 说：

想问下H6从哪里拿呀，怕买到不能用的

可以去咸鱼买泰奇猫，楼主说bom比较匹配

logicworld · 2023-04-16 23:25:38

tocurd 说：

想问下H6从哪里拿呀，怕买到不能用的

whycan企业店买的

logicworld · 2023-04-17 00:15:56

Gentlepig 说：

nTliang 说：
楼主牛逼，才知道usb和sd卡都要做阻抗匹配
sd卡不需要做阻抗匹配吧？

全志官方的设计手册里面要求了阻抗匹配。另外，我用的SanDisk 32GB 速度等级10 A1的SDCard 号称极限读取速度是98MB/秒，考虑到只有4根数据线，时钟频率应该在98*2 MHZ以上，应该是需要开始考虑阻抗匹配了。
SDCard阻抗匹配.png

logicworld · 2023-04-17 00:31:40

apollo800 说：

h6有usb3.0吗？你确定好用吗？我记得全志全系列都没有能用的USB3.0

H6有USB3.0，下图是H6的数据手册的一部分：

USB3.0.png

我手里只有USB固态硬盘是USB3.0的，稍微做了一个测试，可以参考一下(不知道这算不算能用)：

H6开发板上面测试

256GB_H6_速度.png

Windows测试

256GB_windows_速度.png

weili_an · 2023-04-18 18:23:18

@logicworld
请教一下大佬，有一些TF卡号称写入速度130MB/s，H6支持么？有没有测试结果？

最近编辑记录 weili_an (2023-04-18 18:24:36)

logicworld · 2023-04-19 01:41:37

weili_an 说：

@logicworld
请教一下大佬，有一些TF卡号称写入速度130MB/s，H6支持么？有没有测试结果？

我手里没有写入速度这么快的TF卡，因此没有直接的测试结果。但是，eMMC走的也是SDIO的接口，下图是eMMC的速写速度，可以参考一下。
EMMC_H6_速度.png

logicworld · 2023-04-21 01:48:35

原帖子已经无法编辑了，更新内容发这里了：

发布教程《从零入门ARM高速电路设计-第三章-PCB设计(下)》

电源，去耦电容和电源平面的分割
- PMU和电源铺铜
- 主控和DDR的去耦电容
- 电源平面的分割
- PDN
打板前的检查
LCEDA的优势和不足之处
更进一步
- 经验流
- 理论仿真流

logicworld · 2023-04-27 00:04:01

发布教程《从零入门ARM高速电路设计-第四章-焊接和调试(上)》

打板和SMT贴片
工欲善其事，必先利其器
焊接的基础知识
- 助焊剂的作用
- 热风焊台的使用
- 模仿SMT机器贴片

xfdr0805 · 2023-04-28 20:25:11

看了楼主的教程，我竟然有对BGA下手的念头了。逃.gif

logicworld · 2023-05-03 23:37:24

tocurd 说：

问一下这种BGA的咋手焊啊

发布教程《从零入门ARM高速电路设计-第四章-焊接和调试(下)》

机焊的质量-整板焊接
第一座大山-QFN焊接和调试
在迷宫中慢慢摸索-BGA焊接和调试
看到曙光了-DragonHD DDR内存测试

noReply · 2023-05-10 10:57:29

请教一下大佬，像typec母座这种原件是怎么焊的啊，我自己焊接的时候总是连锡。。。

logicworld · 2023-05-11 23:02:28

noReply 说：

请教一下大佬，像typec母座这种原件是怎么焊的啊，我自己焊接的时候总是连锡。。。

我的typec母座是JLC SMT焊的，我也没有尝试过手工焊接。

logicworld · 2023-05-15 23:57:41

发布教程《从零入门ARM高速电路设计-第五章-软硬件联调》

再见Orange-正常进入Ubuntu
WIFI测试-比想象中的顺利
音频测试-音质还可以
GPIO测试-兼容OrangePi还是省事不少
USB电源控制、USB摄像头和USB固态硬盘
GPU测试-小板子上看到3D的效果还是有点激动的
稳定性测试-疑似电源完整性问题
更进一步
江湖再见

mojerro · 2023-05-17 11:22:35

眼熟的项目，一看我已经在嘉立创收藏了

mojerro · 2023-05-17 11:23:25

话说使用的电源对板子影响大吗，如果纹波不是很低的话

logicworld · 2023-05-19 09:54:17

mojerro 说：

话说使用的电源对板子影响大吗，如果纹波不是很低的话

我没有做过严谨的测试，但怀疑是大的。下图是OrangePi板子的用户手册里面的一段话，看起来他们应该也是遇到了一些电源导致的板子重启问题。
.png

arychen · 2023-06-05 11:46:28

感觉更多是电源功率的问题

zhangsgul · 2023-06-16 10:28:28

@logicworld

这个dd是会走操作系统的文件系统缓存的
得执行sudo sysctl -w vm.drop_caches=3之后再测试，不然结果不准的
我自己的树莓派上就是这样的

最近编辑记录 zhangsgul (2023-06-16 10:31:01)

Rafx · 2023-11-27 13:49:40

太强了，一直想入门高速板设计没机会，感谢楼主的教程

WhyCan Forum(哇酷开发者社区)

楼主 # 2023-04-09 22:01:34 分享评论