Zero Linux Board - 一个Linux小电脑。

如果你喜欢此项目，欢迎为本项目点一个Star🌟

介绍

本项目是xddcore同学在2023年6月2日启动的一个Linux开发板项目。本项目旨在纪念学生时代的结束(从初二至今9年的电子编程折腾生涯)。同时，设计一块板子来满足一些需要Linux生态但是又不需要很强性能的场景。

特性

紧凑的设计。PCB尺寸49mm*49mm*1.6mm，带壳尺寸59mm*59mm*27mm。
差不多性能。内置全志F1C200S(ARM9@400Mhz+)和RP2040(双Cortex M0+处理器核心，最高133MHz)。
方便的开发方式。仅一个Type-C接口可完成对F1C200S和RP2040的开发。另外还可通过F1C200S直接对RP2040进行编程。
充分的外设。USB Hub(USB2.0*2)，2.4 GHz WIFI，3W扬声器，锂电池充放电管理，MPU6050等。
扩展板支持。RP2040GPIO全引出(除2个ADC引脚外)，F1C200S部分核心外设引出。在后期将支持ISP屏幕/墨水屏➕摄像头➕麦克风一体化扩展板。
透明探索版。外壳主体采用12块2mm透明亚克力拼装而成。

Zero Linux Board - 一个Linux小电脑。

关于量产拼单活动
xddcore zero Linux开发板软硬件全开源，大家可以选择自行复现。为了响应大家的购买需求，特地开启量产拼单活动。本次量产拼单旨在集合大家的生产需求来拼单生产。这将显著显著降低大家制作开发板的成本，节约制作时间，并避免自行焊接带来问题。

活动参与方式
扫描二维码，填写接龙信息，请注意，一定要填写QQ号，后期定金收款将会直接定向到QQ号。然后添加QQ群481227232。

接龙二维码

拼单内容：
xddcore zero linux board（仅开发板，不含sd卡，外壳，扩展板）

预计最终每块板子成本
200元以内。

参与方式：
第零步，扫描二维码，填写接龙信息，请注意，一定要填写QQ号，后期定金收款将会直接定向到QQ号。然后添加QQ群481227232。

第一步，拼单人数达到阈值后，将发起群收款，支付定金100元，提供个人联系方式。参与量产拼单。

第二步，根据参与人数，确认最终尾款。（注：若参与人数较少，将导致每套开发板价格非常高，所以视为拼单失败，定金返还。｜参与的人数越多，每套开发板的价格将会越便宜）

第三步，等待开发板进行生产测试。（若进行到此步骤，则定金不退）

第四步，支付尾款，填写收货地址。

第五步，拿到开发板。

0. 目录结构

Hardware: 所有硬件相关资料

1. 复现指南

1.1 硬件

1.1.1 核心板PCB

PCB尺寸:49mm*49mm，板厚1.6mm。
PCB层数:4层。
电源线宽度10mil，信号线宽度6mil。
WIFI天线50Ω阻抗匹配: 下单时选用嘉立创JLC0461H-7628层压结构，经过计算，天线走线宽度为13.75mil。
最小孔径/外径选择: 下单时选用嘉立创0.25mm(外径0.35/0.4)。
大量封装采用0402，手焊推荐开钢网(节省成本可开小钢片)。

硬件迭代

版本号	说明
V1.0	完成初步设计
V1.1	优化布线，引出IO。Bug预警:已知原有TP5400升压电路10uH 0402电感功率较小，升压时会导致电感烧毁，请替换为额定电流大于1.5A的功率电感(TP5400最高输出1.5A(Vbat=3.8v))。

1.1.2 扩展板PCB

名称	进度	说明
小电视扩展板	待绘制	2.8寸ISP电容触摸屏
桌面机器人扩展板	已绘制完成，等待测试	稚晖君ElectronBot桌面机器人的Linux版本

1.1.3 外壳

亚克力外壳

平衡美观和实用，预计推出两种亚克力外壳形式（得益于n*2mm亚克力外壳方案带来Z轴方向的积木特性）：

透明探索款：收藏陈列。全封闭外壳，避免进灰，搭配上蓝色阻焊层&1u沉金&JLC高清丝印，主打一个精致和帅。
基础款：一般开发应用。Type-C&TF Card接口，内部含电池槽&扬声器槽，主控散热片支持&顶板散热孔。

Note:如果把亚克力外壳的图纸(.dwg文件)发到淘宝进行生产，某些厂家图纸尺寸单位可能识别成mm，导致外壳大小仅有5.9mm5.9mm。这时候需要提醒厂家外壳图纸单位为cm，外壳实际尺寸为5.9cm5.9cm。

关于亚克力外壳组装的说明(非常重要):
在首次亚克力外壳设计中，采用了12块2mm厚度的亚克力。经过实际组装测试，亚克力高度缺少2.8mm,为了成功的组装采用如下方法修补:

方法一: 使用4颗2.8mm高度的M2防滑螺母垫高处理(M2防滑螺母安装在由下往上数的第4块亚克力上方)。效果图如下:

方法二: 在生产亚克力时，多生产一块3mm厚度的亚克力。最后共计生产12块2mm厚度亚克力和1块3mm厚度亚克力。
12块2mm厚度亚克力dwg生产文件:点我下载生产文件
1块3mm厚度亚克力dwg生产文件:点我下载生产文件

3D打印外壳

小电视外壳:内带2.8寸ISP电容触摸屏，麦克风，iphone扬声器等，可玩性极高。

1.1.4 其他硬件

4 *（M2螺丝+M2防滑螺母）。螺丝长度需大于27mm，M2防滑螺母厚度2.8mm。
锂电池尺寸需小于50mm*50mm*8mm，锂电池接口为XH2.54。锂电池接口极性如下图:

F1C200S散热片尺寸需小于10mm*10mm*12mm。

1.1.5 Type-C连接方式

连接方式	功能
正插	连接USB(具体取决于拨码开关配置)
反插	连接F1C200S的串口0(USB-TTL)，用于输出串口终端

1.1.6 Type-C拨码开关配置

功能(1-4Bit)	1 Bit	2 Bit	3 Bit	4 Bit
F1C200S的USB与`USB HUB`和`Type—C`断开连接	OFF	OFF	OFF	OFF
F1C200S的USB与`USB HUB`的上行端口连接	OFF	ON	OFF	ON
F1C200S的USB与`Type—C`连接	ON	OFF	ON	OFF

功能(5-8Bit)	5 Bit	6 Bit	7 Bit	8 Bit
RP2040的USB与`USB HUB`和`Type—C`断开连接	OFF	OFF	OFF	OFF
RP2040的USB与`USB HUB`的下行端口连接	OFF	ON	OFF	ON
RP2040的USB与`Type—C`连接	ON	OFF	ON	OFF

如何跃过USB HUB进行通信 操作:
将F1C200s和RP2040的拨码开关都跳到连接Type-c，然后Type-c反面供电(连接F1C200s的串口)。此时F1c200s和RP2040直接连接。

1.2 软件

在软件章节开始前，想说明本项目的RAM&Flash资源情况如下:

	F1C200S	RP2040
RAM	64MB	264KB
Flash	取决于SD卡容量(典型值32GB)	16MB(SPI Flash)

1.2.1 驱动支持情况:

驱动名称	支持情况
状态指示LED	✅
WIFI网卡(ESP8266EX)	✅(WIFI速度下载806KB/s,上传729KB/s。以上结果由`speedtest`得出，仅供参考)
SD卡(SDIO)	✅
视频硬解码	❌(开发中)
音频codec	✅
MPU6050(IIO Device)	✅
2.8寸ISP电容触摸屏	❌(测试中)
USB OTG/Host/Device	✅
USB HUB(键盘，U盘)	✅
F1C200S与RP2040的UART CDC通信；控制RP2040进入DFU模式，并对RP2040编程	✅

1.2.2 快速验证

为了方便大家快速验证本开源项目，我提供以下SD卡镜像文件，大家可以以类似树莓派的玩法来游玩本开源项目。

镜像名称	下载链接
xddcore_zero_debian_v5.10.186_230715.img.gz	点我查看

开发板工具包路径(相关软件会放置在里面)：

/xddcore_toolbox

1.2.3 U-Boot

获取U-Boot源码

git clone https://github.com/xddcore/u-boot.git -b zero-v2023.07-rc4

安装交叉编译工具链

sudo apt install gcc-arm-linux-gnueabi

拉取配置文件

make xddcore_zero_defconfig

超频配置(CPU 408Mhz->720Mhz,DDR 156Mhz -> 240Mhz),测试中

make xddcore_zero_overclock_defconfig

编译U-Boot

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- -j4

写入U-Boot至SD卡(假如为/dev/sdb)

Note: SD卡在写入前请格式化为NTFS，数据无价，格式化前请做好数据备份。

sudo dd if=u-boot-sunxi-with-spl.bin of=/dev/sdb bs=1024 seek=8

验证烧写结果,通过gparted软件查看。

sudo apt install gparted

将SD卡插入Zero核心板背面的SD卡自弹插座中
连接Type-C线缆(注意反面插入为USB-TTL功能)
使用终端软件连接串口(波特率115200)

xddcore同学在此使用的是Termius，大家可以选择自己喜欢的终端软件

在此，我们可以看到U-boot成功在我们的板子上跑起来了。

1.2.4 Linux主线(5.10.186)

获取Linux内核源码

长期支持版本: 6.1.36(因为内核逐渐向设备树方向发展，API换了不少(也删了不少)，啥驱动都得自己折腾)

git clone https://github.com/xddcore/linux.git -b zero-v6.1.36

长期支持版本: 5.10.186(驱动丰富)

git clone https://github.com/xddcore/linux.git -b zero-v5.10.186-codec

在此我们使用v5.10.186内核进行接下来的开发。

拉取内核配置

make ARCH=arm xddcore_zero_defconfig

编译内核

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- -j4

4.将arch/arm/boot/zImage和dtb移入SD卡的FAT16分区

1.2.5 使用Buildroot创建一个简易的rootfs来调试内核

拉取Buildroot源码

git clone https://github.com/xddcore/buildroot.git -b zero-v2023.05

拉取配置

make xddcore_zero_defconfig

使busybox支持`depmod``

sudo make busybox-menuconfig
Linux Module Utilities-> 选中depmod模块

ssh支持

sudo make menuconfig
Networking applications->Openssh，dhcpcd选中

Networking applications->
wireguard tools, 
wireless-regdb,
wireless tools(install shared library), 
wpa_supplicant,
wpan-tools,
xinetd,
xl2tp选中

编译

sudo make busybox

sudo make -j4

将rootfs放入EXT4分区
将sd卡插入Zero
串口终端波特率115200，用户名root，密码123456.至此根文件系统收工。

如果启动的时候，console有如下报错:

can't open /dev/console: Permission denied 权限不足，是因为移动rootfs的时候rootfs被虚拟机用户所属，

解决方案:把所有文件所有者切回root

chown root * -R

1.2.6 使用debian来作为rootfs(apt install很舒服)

安装工具

sudo apt install qemu-user-static -y
sudo apt install debootstrap -y

构建rootfs

sudo debootstrap --foreign --verbose --arch=armel  buster rootfs 

#如果梯子不太好用，也可以试试华为云的镜像
sudo debootstrap --foreign --verbose --arch=armel  buster rootfs http://mirrors.huaweicloud.com/debian/

挂载

此步坑点 apple m1 pro的pd虚拟机不支持arm 32bit(qemu)，换x86/x64即可解决。

cd rootfs
sudo mount --bind /dev dev/
sudo mount --bind /sys sys/
sudo mount --bind /proc proc/
sudo mount --bind /dev/pts dev/pts/
cd ..
sudo cp /usr/bin/qemu-arm-static rootfs/usr/bin/
sudo chmod +x rootfs/usr/bin/qemu-arm-static
sudo LC_ALL=C LANGUAGE=C LANG=C chroot rootfs /debootstrap/debootstrap --second-stage --verbose
sudo LC_ALL=C LANGUAGE=C LANG=C chroot rootfs

预先安装一些软件(实现Zero板子的自力更生)

#网络
apt-get install wpasupplicant #安装WIFI配置相关的组件
apt-get install net-tools     #安装网络基础组件、如使用ifconfig等
apt-get install udhcpc        #当wifi连接成功后，需要用这个组件去获取IP地址


## 其他组件
apt-get install wireless-tools 
apt install sudo vim openssh-server htop
apt install pciutils usbutils acpi

配置账号

passwd root
123456

修改主机名

HOSTNAME=xddcore_zero(替换为你自己的主机名)
echo $HOSTNAME > /etc/hostname
sed -i '/localhost/s/$/\t'"$HOSTNAME"'/g' /etc/hosts

允许root用户通过ssh登陆(只有一个root用户，所以这步非常重要，不然root无法通过ssh登陆)

vim /etc/ssh/sshd_config

在里面添加

PermitRootLogin yes

退出rootfs，打包rootfs

exit  #退出chroot
rm rootfs/usr/bin/qemu-arm-static

cd rootfs
sudo umount   dev/pts/
sudo umount   dev/
sudo umount   sys/
sudo umount   proc/
sudo umount   dev/pts/

#打包文件(此时pwd在rootfs里面)
tar cvf ../rootfs.tar .

将rootfs解压到sd卡的ext4(rootfs)中
启动后，通过串口命令行手动配网
安装WiFi驱动

insmod esp8089-spi.ko

启动wlan0无线网卡

ifconfig wlan0 up

新建wpa_supplicant配置文件(只需要进行一次)

vim /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

假如我有一个ssid为GL-MT1300-52d的无密码Wi-Fi。
填入以下内容:
ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1
country=CN

network={
  ssid="GL-MT1300-52d"
  key_mgmt=NONE
}


有密码的WIFI
ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1
country=CN

network={
    ssid="MyWifiNetwork"
    psk="MyPassword"
    key_mgmt=WPA-PSK #WPA2-PSK
    pairwise=CCMP
    group=CCMP
}

连接WIFI

wpa_supplicant -B -i wlan0 -c /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf

使用dhcp获取ip地址

udhcpc -i wlan0

此时，板子成功上网了，使用ssh连接，Enjoy it!
如果修改配置文件后，需要重启服务

pkill wpa_supplicant

sudo systemctl restart wpa_supplicant

1.2.7 debian-番外篇

SWAP分区 64MB内存对于一台Linux小电脑来说，非常小。为了防止内存溢出，此处在sd卡中建立swap分区。 使用以下命令创建512MB Swap分区

dd if=/dev/zero of=/swap1 bs=1M count=512

mkswap /swap1

swapon /swap1

#永久性Swap分区
vim /etc/fstab
在内添加:
/swap1 swap swap defaults 0 0

开机自动配网

每次都串口cmd手动一个个输入命令，累死个人注意:此步骤需要串口cmd先手动登陆root用户，成功登陆之后，会自动运行配网脚本。

0.创建/xddcore_toolbox/文件夹，将esp8089-spi.ko放入。

1.编辑~/.bashrc文件

vim ~/.bashrc

2.在~/.bashrc文件末尾写入如下内容。

insmod /xddcore_toolbox/esp8089-spi.ko
ifconfig wlan0 up
wpa_supplicant -B -i wlan0 -c /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf
udhcpc -i wlan0

这里大家肯定有一个疑问，有没有不用登陆root用户，也可以自动配网的方式呢？答案是肯定的，操作步骤如下:

1.创建/etc/init.d/net.sh脚本

vim /etc/init.d/net.sh

2.文件中填入如下内容

#!/bin/bash
 
### BEGIN INIT INFO
# Provides:          skeleton
# Required-Start:    $remote_fs $syslog
# Required-Stop:     $remote_fs $syslog
# Should-Start:      $portmap
# Should-Stop:       $portmap
# Default-Start:     2 3 4 5
# Default-Stop:      0 1 6
# Short-Description: Example initscript
### END INIT INFO
 
insmod /xddcore_toolbox/esp8089-spi.ko
ifconfig wlan0 up
wpa_supplicant -B -i wlan0 -c /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf
udhcpc -i wlan0
 
exit 0

2.给脚本设置可运行权限

chmod 777 net.sh

3.设置脚本自动启动

Note: 数字越大越晚执行，99代表最后执行。符合我们的需求。

update-rc.d net.sh defaults 99

4.如果未来不需要的时候，去除自动运行

update-rc.d net.sh remove

1.3 驱动开发

1.3.1 Linux音频

1.在debian下，查看声卡

cat /proc/asound/cards

安装alsa-utils

apt install alsa-utils

设置默认声卡

vim /etc/asound.conf

添加如下内容:
defaults.ctl.card 1
defaults.pcm.card 1
defaults.timer.card 1

安装音频/视频播放软件

apt install mplayer

启动运放(PE10拉高 NUM=138)

echo 138 > /sys/class/gpio/export
echo out > /sys/class/gpio/gpio138/direction
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio138/value
echo 138 > /sys/class/gpio/unexport

播放歌曲

mplayer /xddcore_toolbox/you.mp3

网易云音乐命令行版本

apt install mpg123
apt install python3-pip
pip3 install NetEase-MusicBox
#这一步需要比较长的时间，耐心等待
#运行
musicbox

1.3.2 ESP8266EX WIFI驱动

以下驱动代码在buildroot生成的rootfs中调试开发。

性能参数:

WIFI速度下载806KB/s,上传729KB/s。以上结果由speedtest得出，仅供参考

WIFI稳定性: 路由器:
手机热点: 用来测试的手机比较老了，等后面换一台再试试

拉取代码

https://github.com/xddcore/ESP8089-SPI.git -b zero-esp8266ex

编译代码

#KBUILD=换成自己下载的内核路径(我提供的内核:https://github.com/xddcore/linux/tree/zero-v5.10.186-codec)

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- KBUILD=/home/parallels/xddcore/For_My_Board/linux

此时在代码根目录下会生成esp8089-spi.ko文件，将驱动文件拷贝至sd卡的rootfs中。
SD卡插回开发板。
在开发板的命令行下执行以下命令，加载驱动

insmod esp8089-spi.ko

此时应该会出现如下log:

wlan0会自动启动

编辑 /etc/wpa_supplicant.conf 替换为自己的SSID和密码。

vi /etc/wpa_supplicant.conf

使用wpa_supplicant连接WIFI

wpa_supplicant -B -i wlan0 -c /etc/wpa_supplicant.conf

此时你可以运行一些简单的wpa_cli来检查工作状态

wpa_cli -i wlan0 scan #扫描附近的WIFI

wpa_cli -i wlan0 scan_results #展示扫描结果

wpa_cli -i wlan0 status #查看网卡状态

运行结果如下:

root@xddcore-zero:~# wpa_cli -i wlan0 scan #扫描附近的WIFI
OK
root@xddcore-zero:~# 
root@xddcore-zero:~# wpa_cli -i wlan0 scan_results #展示扫描结果
bssid / frequency / signal level / flags / ssid
34:8f:27:5e:13:a8       2432    -80     [WPA2-EAP+FT/EAP-CCMP][ESS]     ASK4 Wireless (802.1x)
34:8f:27:9e:13:a8       2432    -81     [WPA2-PSK-CCMP][ESS]    Glasgow West End Staff
94:83:c4:0f:35:2f       2457    -56     [ESS]   GL-MT1300-52d
34:8f:27:1e:13:a8       2432    -81     [ESS]   ASK4 Wireless
root@xddcore-zero:~# 
root@xddcore-zero:~# wpa_cli -i wlan0 status #查看网卡状态
bssid=94:83:c4:0f:35:2f
freq=2457
ssid=GL-MT1300-52d
id=0
mode=station
pairwise_cipher=NONE
group_cipher=NONE
key_mgmt=NONE
wpa_state=COMPLETED
ip_address=192.168.8.193
p2p_device_address=18:fe:34:cd:30:ca
address=18:fe:34:cd:30:ca
uuid=8f4984fd-97c3-52a9-ac66-48aefaaa4498

对于ssh之类的应用来说，你可能需要一个IP地址

udhcpc -i wlan0

最后获取IP如下图:

至此，网卡驱动折腾完毕

1.3.3 MPU6050驱动

安装IIO设备工具包

apt install libiio-utils

测试MPU6050

#读取所有IIO设备信息
iio-info

#读取MPU6050信息
iio_readdev -b 256 -s 1 iio:device0
#应该会返回乱码，因为以二进制返回

查看当前采样率

cat /sys/bus/iio/devices/iio:device0/sampling_frequency

查看可以设置的采样率

cat /sys/bus/iio/devices/iio:device0/sampling_frequency_available

设置采样率

echo 500 > /sys/bus/iio/devices/iio:device0/sampling_frequency

通过命令行读取加速度和角速度数据

while true; do
  x_accel=$(awk '{print $1*0.000598}' /sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_accel_x_raw)
  y_accel=$(awk '{print $1*0.000598}' /sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_accel_y_raw)
  z_accel=$(awk '{print $1*0.000598}' /sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_accel_z_raw)
  x_anglvel=$(awk '{print $1*0.001064724}' /sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_anglvel_x_raw)
  y_anglvel=$(awk '{print $1*0.001064724}' /sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_anglvel_y_raw)
  z_anglvel=$(awk '{print $1*0.001064724}' /sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_anglvel_z_raw)

  echo "X: $x_accel m/s², Y: $y_accel m/s², Z: $z_accel m/s²"
  echo "X: $x_anglvel °/s, Y: $y_anglvel °/s, Z: $z_anglvel °/s"
  echo " "
  sleep 1
done

通过互补滤波计算X轴和Y轴角度

Note: Bash的数学运算效率不是很高，所以响应速度比较慢。以下代码仅作为测试。

#!/bin/bash

# 初始角度
angle_x=0
angle_y=0

# 滤波因子，可以根据实际情况进行调整
alpha=0.98

while true; do
  x_accel=$(awk '{print $1*0.000598}' /sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_accel_x_raw)
  y_accel=$(awk '{print $1*0.000598}' /sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_accel_y_raw)
  z_accel=$(awk '{print $1*0.000598}' /sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_accel_z_raw)
  x_anglvel=$(awk '{print $1*0.001064724}' /sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_anglvel_x_raw)
  y_anglvel=$(awk '{print $1*0.001064724}' /sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_anglvel_y_raw)
  z_anglvel=$(awk '{print $1*0.001064724}' /sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_anglvel_z_raw)

  # 根据角速度计算角度增量，考虑到陀螺仪给出的是角速度，我们需要乘以时间间隔
  angle_x=$(echo "$angle_x + $x_anglvel * 0.01" | bc)
  angle_y=$(echo "$angle_y + $y_anglvel * 0.01" | bc)

  # 根据加速度计算角度，需要将加速度转换为角度
  accel_angle_x=$(echo "a( $y_accel / sqrt( $x_accel*$x_accel + $z_accel*$z_accel ) ) * 180 / 3.14159265" | bc -l)
  accel_angle_y=$(echo "a( $x_accel / sqrt( $y_accel*$y_accel + $z_accel*$z_accel ) ) * 180 / 3.14159265" | bc -l)

  # 使用互补滤波计算角度
  angle_x=$(echo "$alpha * $angle_x + (1 - $alpha) * $accel_angle_x" | bc)
  angle_y=$(echo "$alpha * $angle_y + (1 - $alpha) * $accel_angle_y" | bc)

  echo "X: $x_accel m/s², Y: $y_accel m/s², Z: $z_accel m/s²"
  echo "X: $x_anglvel °/s, Y: $y_anglvel °/s, Z: $z_anglvel °/s"
  echo "Angle X: $angle_x °, Angle Y: $angle_y °"
  echo " "
  sleep 0.01
done

利用c语言实现一个高效的互补滤波(以下代码写入mpu6050.c文件)

#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>

#define ALPHA 0.98
#define DT 0.001  // 1ms
#define PRINT_INTERVAL 0.1  // 100ms
#define GYRO_SCALE_FACTOR 0.001064724
#define ACCEL_SCALE_FACTOR 0.000598

double get_value(char *filename) {
    double value;
    FILE *fp = fopen(filename, "r");
    fscanf(fp, "%lf", &value);
    fclose(fp);
    return value;
}

int main() {
    double angle_x = 0;
    double angle_y = 0;
    int print_counter = 0;
    int print_interval_counts = PRINT_INTERVAL / DT;

    struct timespec delay = {0, DT * 1e9}; // Delay for nanosleep

    while (1) {
        double x_accel = get_value("/sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_accel_x_raw") * ACCEL_SCALE_FACTOR;
        double y_accel = get_value("/sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_accel_y_raw") * ACCEL_SCALE_FACTOR;
        double z_accel = get_value("/sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_accel_z_raw") * ACCEL_SCALE_FACTOR;
        double x_anglvel = get_value("/sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_anglvel_x_raw") * GYRO_SCALE_FACTOR;
        double y_anglvel = get_value("/sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_anglvel_y_raw") * GYRO_SCALE_FACTOR;
        double z_anglvel = get_value("/sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_anglvel_z_raw") * GYRO_SCALE_FACTOR;

        angle_x += x_anglvel * DT;
        angle_y += y_anglvel * DT;

        double accel_angle_x = atan2(y_accel, sqrt(pow(x_accel, 2) + pow(z_accel, 2))) * 180 / M_PI;
        double accel_angle_y = atan2(x_accel, sqrt(pow(y_accel, 2) + pow(z_accel, 2))) * 180 / M_PI;

        angle_x = ALPHA * angle_x + (1 - ALPHA) * accel_angle_x;
        angle_y = ALPHA * angle_y + (1 - ALPHA) * accel_angle_y;

        if (++print_counter >= print_interval_counts) {
            printf("X: %lf m/s², Y: %lf m/s², Z: %lf m/s²\n", x_accel, y_accel, z_accel);
            printf("X: %lf °/s, Y: %lf °/s, Z: %lf °/s\n", x_anglvel, y_anglvel, z_anglvel);
            printf("Angle X: %lf °, Angle Y: %lf °\n\n", angle_x, angle_y);
            print_counter = 0;
        }

        nanosleep(&delay, NULL);
    }

    return 0;
}

卡尔曼滤波(性能优于互补滤波)(以下代码写入mpu6050.c文件)

#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>

#define DT 0.001  // 1ms
#define PRINT_INTERVAL 0.1  // 100ms
#define GYRO_SCALE_FACTOR 0.001064724
#define ACCEL_SCALE_FACTOR 0.000598

double get_value(char *filename) {
    double value;
    FILE *fp = fopen(filename, "r");
    fscanf(fp, "%lf", &value);
    fclose(fp);
    return value;
}

// 卡尔曼滤波器的结构
typedef struct {
    double q;  // 过程噪声协方差
    double r;  // 测量噪声协方差
    double x;  // 最优化估算值
    double p;  // 估算误差协方差
    double k;  // 卡尔曼增益
} kalman_state;

// 卡尔曼滤波器的初始化
void kalman_init(kalman_state *state, double q, double r, double p, double initial_value) {
    state->q = q;
    state->r = r;
    state->p = p;
    state->x = initial_value;
}

// 卡尔曼滤波器的更新
void kalman_update(kalman_state *state, double measurement) {
    // 预测
    state->p += state->q;

    // 更新
    state->k = state->p / (state->p + state->r);
    state->x += state->k * (measurement - state->x);
    state->p = (1 - state->k) * state->p;
}

int main() {
    struct timespec delay = {0, DT * 1e9}; // Delay for nanosleep
    int print_counter = 0;
    int print_interval_counts = PRINT_INTERVAL / DT;

    kalman_state state_x;
    kalman_state state_y;
    kalman_init(&state_x, 0.125, 32, 1023, 0);  // You may need to adjust these values based on your sensor's characteristics
    kalman_init(&state_y, 0.125, 32, 1023, 0);  // You may need to adjust these values based on your sensor's characteristics

    while (1) {
        double x_accel = get_value("/sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_accel_x_raw") * ACCEL_SCALE_FACTOR;
        double y_accel = get_value("/sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_accel_y_raw") * ACCEL_SCALE_FACTOR;
        double z_accel = get_value("/sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_accel_z_raw") * ACCEL_SCALE_FACTOR;
        double x_anglvel = get_value("/sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_anglvel_x_raw") * GYRO_SCALE_FACTOR;
        double y_anglvel = get_value("/sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_anglvel_y_raw") * GYRO_SCALE_FACTOR;
        double z_anglvel = get_value("/sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_anglvel_z_raw") * GYRO_SCALE_FACTOR;

        double accel_angle_x = atan2(y_accel, sqrt(pow(x_accel, 2) + pow(z_accel, 2))) * 180 / M_PI;
        double accel_angle_y = atan2(x_accel, sqrt(pow(y_accel, 2) + pow(z_accel, 2))) * 180 / M_PI;

        kalman_update(&state_x, accel_angle_x);
        kalman_update(&state_y, accel_angle_y);

        if (++print_counter >= print_interval_counts) {
            printf("X: %lf m/s², Y: %lf m/s², Z: %lf m/s²\n", x_accel, y_accel, z_accel);
            printf("X: %lf °/s, Y: %lf °/s, Z: %lf °/s\n", x_anglvel, y_anglvel, z_anglvel);
            printf("Angle X: %lf °, Angle Y: %lf °\n\n", state_x.x, state_y.x);
            print_counter = 0;
            print_counter = 0;
        }

        nanosleep(&delay, NULL);
    }

    return 0;
}

编译

gcc -o mpu6050 mpu6050.c -lm

运行

./mpu6050

耐心大作战|一个利用X轴角度和Y轴角度设计的小游戏

在这个游戏中，你将看到一个由"."组成的20x20的网格。玩家（标记为"P"）通过调整设备的角度来在屏幕上移动P。目标位置（标记为"T"）在网格的一个固定位置。当玩家到达目标位置时，游戏结束，并显示"Congratulations, you won!"的消息。

新手模式(以下代码写入mpu6050_game.c文件)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>

#define DT 0.001  // 1ms
#define PRINT_INTERVAL 0.05  // 50ms
#define GYRO_SCALE_FACTOR 0.001064724
#define ACCEL_SCALE_FACTOR 0.000598
#define BOARD_SIZE 20

int TARGET_X=0,TARGET_Y=0;

double get_value(char *filename) {
    double value;
    FILE *fp = fopen(filename, "r");
    fscanf(fp, "%lf", &value);
    fclose(fp);
    return value;
}

typedef struct {
    double q;  
    double r;  
    double x;  
    double p;  
    double k;  
} kalman_state;

void kalman_init(kalman_state *state, double q, double r, double p, double initial_value) {
    state->q = q;
    state->r = r;
    state->p = p;
    state->x = initial_value;
}

void kalman_update(kalman_state *state, double measurement) {
    state->p += state->q;
    state->k = state->p / (state->p + state->r);
    state->x += state->k * (measurement - state->x);
    state->p = (1 - state->k) * state->p;
}

void print_board(int player_x, int player_y) {
    for(int i=0; i<BOARD_SIZE; i++) {
        for(int j=0; j<BOARD_SIZE; j++) {
            if(i == player_x && j == player_y) {
                printf("P ");
            } else if(i == TARGET_X && j == TARGET_Y) {
                printf("T ");
            } else {
                printf(". ");
            }
        }
        printf("\n");
    }
}

int main() {
    srand(time(NULL));
    TARGET_X = rand() % BOARD_SIZE;
    TARGET_Y = rand() % BOARD_SIZE;
    struct timespec delay = {0, DT * 1e9}; 
    int print_counter = 0;
    int print_interval_counts = PRINT_INTERVAL / DT;

    kalman_state state_x;
    kalman_state state_y;
    kalman_init(&state_x, 0.125, 32, 1023, 0);
    kalman_init(&state_y, 0.125, 32, 1023, 0); 

    int player_x = BOARD_SIZE / 2;
    int player_y = BOARD_SIZE / 2;

    while (1) {
        double x_accel = get_value("/sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_accel_x_raw") * ACCEL_SCALE_FACTOR;
        double y_accel = get_value("/sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_accel_y_raw") * ACCEL_SCALE_FACTOR;
        double z_accel = get_value("/sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_accel_z_raw") * ACCEL_SCALE_FACTOR;

        double accel_angle_x = atan2(y_accel, sqrt(pow(x_accel, 2) + pow(z_accel, 2))) * 180 / M_PI;
        double accel_angle_y = atan2(x_accel, sqrt(pow(y_accel, 2) + pow(z_accel, 2))) * 180 / M_PI;

        kalman_update(&state_x, accel_angle_x);
        kalman_update(&state_y, accel_angle_y);

        // 根据角度调整角色的位置
        if(state_x.x > 15 && player_x > 0) {
            player_x--;
        } else if(state_x.x < -15 && player_x < BOARD_SIZE - 1) {
            player_x++;
        }

        if(state_y.x > 15 && player_y < BOARD_SIZE - 1) {
            player_y++;
        } else if(state_y.x < -15 && player_y > 0) {
            player_y--;
        }

        // 清屏并打印游戏版面
        system("clear");
        print_board(player_x, player_y);

        // 检查角色是否已经到达目标
        if(player_x == TARGET_X && player_y == TARGET_Y) {
            printf("Congratulations, you won!\n");
            break;
        }

        nanosleep(&delay, NULL);
    }

    return 0;
}

高难度模式(以下代码写入mpu6050_game.c文件)

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <math.h>
#include <unistd.h>
#include <time.h>

#define DT 0.001  // 1ms
#define PRINT_INTERVAL 0.05  // 50ms
#define GYRO_SCALE_FACTOR 0.001064724
#define ACCEL_SCALE_FACTOR 0.000598
#define BOARD_SIZE 20

int TARGET_X=0,TARGET_Y=0;

char last_board[BOARD_SIZE][BOARD_SIZE];

double get_value(char *filename) {
    double value;
    FILE *fp = fopen(filename, "r");
    fscanf(fp, "%lf", &value);
    fclose(fp);
    return value;
}

typedef struct {
    double q;  
    double r;  
    double x;  
    double p;  
    double k;  
} kalman_state;

void kalman_init(kalman_state *state, double q, double r, double p, double initial_value) {
    state->q = q;
    state->r = r;
    state->p = p;
    state->x = initial_value;
}

void kalman_update(kalman_state *state, double measurement) {
    state->p += state->q;
    state->k = state->p / (state->p + state->r);
    state->x += state->k * (measurement - state->x);
    state->p = (1 - state->k) * state->p;
}

void print_board(int player_x, int player_y) {
    for(int i=0; i<BOARD_SIZE; i++) {
        for(int j=0; j<BOARD_SIZE; j++) {
            char new_char;
            if(i == player_x && j == player_y) {
                new_char = 'P';
            } else if(i == TARGET_X && j == TARGET_Y) {
                new_char = 'T';
            } else {
                new_char = '.';
            }
            if(last_board[i][j] != new_char) {
                printf("\033[%d;%dH%c", i+1, j*2+1, new_char);
                fflush(stdout); // 确保字符被立即打印
                last_board[i][j] = new_char;
            }
        }
    }
}

int main() {
    srand(time(NULL));
    system("clear");
    TARGET_X = rand() % BOARD_SIZE;
    TARGET_Y = rand() % BOARD_SIZE;
    struct timespec delay = {0, DT * 1e9}; 
    int print_counter = 0;
    int print_interval_counts = PRINT_INTERVAL / DT;

    kalman_state state_x;
    kalman_state state_y;
    kalman_init(&state_x, 0.125, 32, 1023, 0);
    kalman_init(&state_y, 0.125, 32, 1023, 0); 

    int player_x = BOARD_SIZE / 2;
    int player_y = BOARD_SIZE / 2;

    while (1) {
        double x_accel = get_value("/sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_accel_x_raw") * ACCEL_SCALE_FACTOR;
        double y_accel = get_value("/sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_accel_y_raw") * ACCEL_SCALE_FACTOR;
        double z_accel = get_value("/sys/bus/iio/devices/iio:device0/in_accel_z_raw") * ACCEL_SCALE_FACTOR;

        double accel_angle_x = atan2(y_accel, sqrt(pow(x_accel, 2) + pow(z_accel, 2))) * 180 / M_PI;
        double accel_angle_y = atan2(x_accel, sqrt(pow(y_accel, 2) + pow(z_accel, 2))) * 180 / M_PI;

        kalman_update(&state_x, accel_angle_x);
        kalman_update(&state_y, accel_angle_y);

        // 根据角度调整角色的位置
        if(state_x.x > 15 && player_x > 0) {
            player_x--;
        } else if(state_x.x < -15 && player_x < BOARD_SIZE - 1) {
            player_x++;
        }

        if(state_y.x > 15 && player_y < BOARD_SIZE - 1) {
            player_y++;
        } else if(state_y.x < -15 && player_y > 0) {
            player_y--;
        }

        // 打印游戏版面
        print_board(player_x, player_y);

        // 检查角色是否已经到达目标
        if(player_x == TARGET_X && player_y == TARGET_Y) {
            printf("\033[%d;%dH", BOARD_SIZE + 1, 1); // 将光标移动到版面下方
            printf("Congratulations, you won!\n");
            break;
        }

        nanosleep(&delay, NULL);
    }

    return 0;
}

编译

gcc -o mpu6050_game mpu6050_game.c -lm

运行

./mpu6050_game

1.3.4 2.8寸ISP电容触摸屏驱动➕LVGL

测试中

1.3.5 树莓派RP2040 USB驱动

RP2040的RUN(PE8，NUM=136)引脚以及BOOT(PE7，NUM=135)引脚受到F1C200S的控制，因此F1C200S可以方便的对RP2040进行编程。

操作RP2040进入DFU模式

echo 136 > /sys/class/gpio/export
echo 135 > /sys/class/gpio/export
echo out > /sys/class/gpio/gpio136/direction
echo out > /sys/class/gpio/gpio135/direction
echo 0 > /sys/class/gpio/gpio136/value
echo 0 > /sys/class/gpio/gpio135/value
sleep 1
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio136/value
sleep 1
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio135/value
echo 136 > /sys/class/gpio/unexport
echo 135 > /sys/class/gpio/unexport

将F1C200s USB模式切换为Host

echo host > /sys/devices/platform/soc/1c13000.usb/musb-hdrc.1.auto/mode

#补充一下如果要换成device模式的话，执行以下代码:
echo peripheral > /sys/devices/platform/soc/1c13000.usb/musb-hdrc.1.auto/mode

RP2040已进入DFU模式(此时在Linux上表现为一个存储设备)

fdisk -l

挂载RP2040

mount -t vfat /dev/sda1 /media

下载MicroPython固件

wget https://micropython.org/download/rp2-pico/rp2-pico-latest.uf2

Bug修复
Bug现象:重启后固件丢失，以及flash size无法正确返回的问题。
SPI Flash型号:W25Q128JV
解决办法:
根据数据手册，Clock frequency for Read Data instruction (03h) fR D.C. 50 MHz，最大读取数据指令时钟为50Mhz。MicroPython配置的PICO_FLASH_SPI_CLKDIV=4时，时钟约为60Mhz，将会导致SPI Flash无法工作。我们在编译程序时，需要手动降低至40Mhz(添加编译选项 PICO_FLASH_SPI_CLKDIV= 6,BOOT2_S_CFLAGS ?= -DPICO_FLASH_SPI_CLKDIV= 6)。
参考:

adafruit/circuitpython#4377
raspberrypi/pico-sdk#1304 (两种fixup思路)
https://github.com/adafruit/circuitpython/commit/aec03a409f66cdb90e1b51c7ffb827750eadd830

下载CircuitPython固件

wget https://downloads.circuitpython.org/bin/raspberry_pi_pico/en_US/adafruit-circuitpython-raspberry_pi_pico-en_US-8.2.0.uf2

Pico-SDK

git clone https://github.com/raspberrypi/pico-sdk

Note: Pico-SDK的SPI Flash时钟部分和MicroPython具有相同Bug，参考上述方法进行修复。

烧录固件至RP2040

#micropython
cp /xddcore_toolbox/rp2-pico-latest.uf2 /media/

#circuitpython
cp /xddcore_toolbox/adafruit-circuitpython-raspberry_pi_pico-en_US-8.2.0.uf2 /media/

成功烧录后，你将看到如下提示：

[  164.934750] usb 1-1: USB disconnect, device number 2
[  164.948943] blk_update_request: I/O error, dev sda, sector 260 op 0x1:(WRITE) flags 0x0 phys_seg 1 prio class 0
[  164.959264] Buffer I/O error on dev sda1, logical block 259, lost async page write
[  165.499616] usb 1-1: new full-speed USB device number 3 using musb-hdrc
[  165.692558] cdc_acm 1-1:1.0: ttyACM0: USB ACM device

装个MINICOM(与MicroPython进行交互)

apt install minicom

查看USB串口设备

USB 串行设备通常显示为 /dev/ttyUSBx 或 /dev/ttyACMx，其中 x 是一个数字。

 ls /dev/tty*

连接RP2040

minicom -o -D /dev/ttyACM0

11. 运行如下测试代码

代码作用:查看SPI FLASH大小

import os

stat = os.statvfs('/')
flash_size_bytes = stat[0] * stat[2]

flash_size_MB = flash_size_bytes / (1024 * 1024)
print('SPI Flash size:', flash_size_MB, 'MB')

返回结果:

Adafruit CircuitPython 8.2.0 on 2023-07-05; Raspberry Pi Pico with rp2040
>>> import os

stat = os.statvfs('/')
flash_size_bytes = stat[0] * stat[2]

flash_size_MB = flash_size_bytes / (1024 * 1024)
print('SPI Flash size:', flash_size_MB, 'MB')

SPI Flash size: 14.9688 MB
>>>

退出MINICOM

ctrl A Q

重启RP2040(如果需要)

echo 136 > /sys/class/gpio/export
echo out > /sys/class/gpio/gpio136/direction
echo 0 > /sys/class/gpio/gpio136/value
sleep 1
echo 1 > /sys/class/gpio/gpio136/value
sleep 1
echo 136 > /sys/class/gpio/unexport

1.3.6 语音识别与交互驱动

支线:服务器端部署chatGLM2

离线文字转语音espeak（有人维护的版本espeak-ng）

git clone https://github.com/espeak-ng/espeak-ng.git

Bug fixed: 替换/usr/lib/xxxx-gnu/espeak-data目录下的内容

luweiqi / zero_linux_board Goto Github PK

zero_linux_board's Introduction