Retro-CM3: een krachtige SPELconsole met RetroPie-bediening - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Deze instructable is geïnspireerd op de PiGRRL Zero van de adafruit, de originele Gameboy Zero-build van Wermy en de Handled Game Console van GreatScottLab. Die op RetroPie gebaseerde gameconsole gebruiken de raspberry pi zero (W) als hun kern. MAAR, nadat ik verschillende Pi Zero-consoles had gebouwd, werden er twee hoofdproblemen gevonden.

1) De Raspberry Pi Zero (W) heeft alleen single-core Cortex-A7 en 512 MB ram, wat goed is voor NES/SNES/GB-dingen. Toen ik echter probeerde de PS/N64 Emus te gebruiken, was de ervaring nogal onaanvaardbaar. Zelfs sommige van de GBA-games kunnen niet soepel draaien (sommige audiovertraging, ook in sommige NEOGEO-games zoals Metal Slug bij het omgaan met gecompliceerde scènes);2) De meeste gameconsole-builds gebruiken SPI of TV-out als weergave-interface. Het SPI-display heeft de CPU nodig om te helpen met de framebufferdriver, wat de game-ervaring slechter zal maken en de fps wordt ook beperkt door de snelheid van de SPI-klok. En de weergavekwaliteit van TV-out is gewoon niet goed genoeg.

In deze instructable zullen we de RaspberryPi Compute Module 3 en een DPI-interface LCD gebruiken om een ultieme RetroPie-gameconsole te bouwen. Het moet in staat zijn om alle emulators soepel te laten werken en een hoge resolutie en hoge framesnelheid te bieden.

De uiteindelijke grootte van de gameconsole is 152x64x18 mm met een batterij tot 2000 mAh. De totale build kost ongeveer $ 65, inclusief een aangepaste PCB, alle componenten, een 16 GB TF-kaart en een RaspberryPi-rekenmodule 3 Lite. Omdat ik al een 3D-printer heb, kost de behuizing me slechts 64 g PLA-filament.

Laten we beginnen.

Opmerking: aangezien Engels niet mijn eerste taal is, laat het me dan alstublieft weten als u fouten vindt of iets niet duidelijk is.

Dit is mijn eerste bericht op instructable.com en ik heb echt allerlei suggesties van jullie nodig.

Stap 1: Ingrediënten

Dit zijn de ingrediënten die je nodig hebt om de gameconsole te bouwen. Sommige onderdelen zijn mogelijk niet beschikbaar in uw regio, probeer enkele alternatieve onderdelen.

1) De RaspberryPi-rekenmodule 3 Lite. Koop het in de winkel waar je je RaspberryPi 3B hebt gekocht of probeer het op ebay.

2) 3,2 inch LCD-scherm met RGB/DPI-interface. ZORG ERVOOR dat je een RGB/DPI-interface LCD-module hebt, want het is een MUST om deze console te bouwen. Ik heb mijn LCD van een lokale e-shop en dezelfde module is te vinden in Alibaba. Als u een alternatieve LCD-module koopt, VRAAG de leverancier dan om u de gedetailleerde parameter en initialisatiecode te sturen. Het is ook een verstandige keuze om de bijbehorende connectoren in dezelfde winkel te kopen, omdat er zoveel verschillende soorten connectoren zijn.

3) ALPEN SKPDACD010. Toetsschakelaar met 1,75 mm veerweg. Zoek het op in uw plaatselijke winkel voor elektronische componenten.

4) Enkele andere sleutels. Gebruik alle andere tacttoetsen die je kunt krijgen voor de START/SELECT/VOL+/VOL- knoppen.

5) Spreker. Elke 8 ohm, 0,5-1,5 W luidspreker.

6) Batterij. Ik koos 34*52*5.0mm 1S 1000mAh Li-ion batterij x2.

7) Sommige IC's. STM32F103C8T6, IP5306, TDA2822, NC7WZ16, SY8113, PT4103 en enz.

8) Sommige connectoren. USB-Micro Female, PJ-237 (telefoonaansluiting), TF-Card Jack, DDR2 SODIMM en etc.

9) Enkele passieve componenten. Weerstanden, condensatoren en smoorspoelen.

10) Een aangepaste printplaat. Het schema en PCB-bestanden worden aan het einde verstrekt. Vergeet niet om er wijzigingen in aan te brengen als u alternatieve onderdelen gebruikt.

11) Een 3D-printer. Zorg ervoor dat hij onderdelen kan printen tot het formaat 152*66*10 mm.

12) Genoeg PLA-filament.

Stap 2: De rekenmodule 3

De Raspberry Pi Compute Module 3 is een zeer krachtig kernbord voor het maken van prototypes van enkele interessante gadgets. Gedetailleerde introductie vindt u hier. En wat nuttige informatie is hier te vinden.

De module maakt gebruik van een DDR2 SODIMM-type connector, die iets moeilijker te gebruiken is. Bovendien zijn alle GPIO-pinnen van de BCM2837-kern BANK1 en BANK0 naar buiten geleid.

Om de rekenmodule te gaan gebruiken, moeten we verschillende spanningen leveren: 1,8 V, 3,3 V, 2,5 V en 5,0 V. Onder hen worden 1,8 V en 3,3 V gebruikt om sommige randapparatuur van stroom te voorzien die elk ongeveer 350 mA nodig hebben. De 2,5V-voedingslijn drijft de TV-out DAC aan en kan worden gekoppeld aan 3,3V omdat we geen TV-out-functie nodig hebben. De 5.0V moet worden aangesloten op de VBAT-pinnen en voedt de Core. De VBAT-ingang accepteert spanningen van 2,5 V tot 5,0 V en zorg ervoor dat de voeding tot 3,5 W kan leveren. VCCIO-pinnen (GPIO_XX-XX_VREF) kunnen worden aangesloten op 3,3V omdat we een CMOS-niveau van 3,3V gebruiken. De SDX_VREF-pin moet ook worden aangesloten op 3,3V.

Alle HDMI-, DSI- en CAM-pinnen worden hier niet gebruikt, laat ze gewoon zweven. Vergeet niet om de EMMC_DISABLE_N-pin te koppelen aan 3,3V, omdat we een TF-kaart als harde schijf zullen gebruiken in plaats van de USB-opstartfunctie.

Verbind vervolgens de SDX_XXX-pinnen met de overeenkomstige pinnen op de TF-kaartsleuf en er zijn geen pull-up- of pull-down-weerstanden nodig. Bij deze stap zijn we klaar om de Raspberry Pi Compute Module 3 op te starten. Schakel de voeding in een afnemende volgorde in: 5V, 3.3V en dan 1.8V, het systeem zou moeten kunnen opstarten, maar omdat er geen output is apparaat, we weten alleen niet of het goed werkt. We moeten dus een display toevoegen om het in de volgende stap te controleren.

Maar voordat we verder gaan, moeten we eerst de Pi vertellen wat de functie is van elke GPIO. Hier geef ik enkele bestanden, plaats "dt-blob.bin", "bcm2710-rpi-cm3.dtb" en "config.txt" in de opstartmap van een nieuw geflitste TF-kaart. Plaats de "dcdpi.dtbo" in de map /boot/overlay. De dt-blob.bin definieert de standaardfunctie van elke GPIO. Ik verander de GPIO14/15 naar de normale GPIO en verplaats de UART0-functie naar GPIO32/33 omdat we GPIO14/15 nodig hebben om te communiceren met de LCD-module. Ik vertel de Pi ook om GPIO40/41 als pwm-functie te gebruiken en ze als de rechter en linker audio-uitgang te maken. De dcdpi.dtbo is een apparaat-tree overlay-bestand en het vertelt de Pi dat we GPIO0-25 als DPI-functie zullen gebruiken. Ten slotte schrijven we "dtoverly=dcdpi" om de Pi op de hoogte te stellen om het door ons verstrekte overlay-bestand te laden.

Op dit moment begrijpen de Raspberry Pi volledig welke functie voor elke GPIO moet worden gebruikt en zijn we klaar om verder te gaan.

Stap 3: Interface van de LCD-module

Aangezien verschillende DPI/RGB-interface LCD-modules in deze console kunnen worden gebruikt, nemen we hier de module die in mijn eigen build als voorbeeld wordt gebruikt. En als je een andere hebt gekozen, controleer dan de pindefinitie van je module en maak gewoon de verbindingen volgens de pinnamen zoals getoond in het voorbeeld.

Er zijn twee interfaces op de LCD-module: een SPI en een DPI. De SPI wordt gebruikt om de initiële instellingen van het LCD-stuurprogramma-IC te configureren en we kunnen ze verbinden met elke ongebruikte GPIO. Sluit alleen de Reset-, CS-, MOSI(SDA/SDI)- en SCLK(SCL)-pinnen aan, de MISO(SDO)-pin wordt niet gebruikt. Om het LCD-stuurprogramma te initialiseren, gebruiken we hier de BCM2835 C-bibliotheek om de GPIO's aan te sturen en een bepaalde initialisatievolgorde uit te voeren die door de moduleleverancier is verstrekt. Het bronbestand is later in dit instructable te vinden.

Installeer de BCM2835 C Library op een andere Raspberry Pi 3 volgens de instructies hier. Gebruik vervolgens het commando "gcc -o lcd_init lcd_init.c -lbcm2835" om het bronbestand te compileren. Voeg vervolgens een nieuwe regel toe aan het bestand /etc/rc.local vóór "exit 0": "/home/pi/lcd_init" (neem aan dat u de gecompileerde toepassing in de map /home/pi hebt geplaatst). Het moet benadrukt worden dat het bronbestand alleen wordt gebruikt voor de bepaalde module die ik heb gebruikt en voor een andere LCD-module, vraag de leverancier gewoon om een initialisatievolgorde en pas het bronbestand dienovereenkomstig aan. Dit proces is behoorlijk lastig omdat er op dit moment niets van het scherm te zien is, daarom raad ik je ten zeerste aan om dit op een RPI-CMIO-bord te doen, omdat het alle GPIO's naar buiten leidt, zodat je het kunt debuggen met uart of wlan.

Het volgende deel is eenvoudig, sluit gewoon de linker pinnen van de LCD-module aan volgens hier. Afhankelijk van wat voor soort LCD-module je hebt, kies je verstandig de RGB-modus. Voor mij koos ik hier de DPI_OUTPUT_FORMAT_18BIT_666_CFG2(mode 6). Wijzig de regel "dpi_output_format=0x078206" naar keuze. En als uw LCD-module een andere resolutie gebruikt, pas dan de "hdmi_timings=480 0 41 60 20 800 0 5 10 10 0 0 0 60 0 32000000" aan, raadpleeg het bestand hier.

Als alle instellingen correct zijn, zou je bij de volgende keer opstarten van je Pi het scherm op het scherm moeten zien na een 30-40s zwart (van stroom naar systeem laadt je SPI-initialisatiescript).

Stap 4: Het toetsenbord en audio

We hebben gedaan met de Core en de Output in de laatste twee stappen. Laten we nu naar het Input-gedeelte gaan.

Een gameconsole heeft toetsen en knoppen nodig. Hier hebben we 10 ALPS SKPDACD010-schakelaars nodig als de omhoog/omlaag/rechts/links-, LR- en A/B/X/Y-knoppen. En normale 6x6 Surface Mount-toetsen worden gebruikt voor andere knoppen, zoals start/select en volume-omhoog/omlaag.

Er zijn twee manieren om de knoppen met de Raspberry Pi te koppelen. Een manier is om de knoppen rechtstreeks op de GPIO's op de Pi aan te sluiten en een andere manier is om de knoppen op een MCU aan te sluiten en te communiceren met de Pi via het USB HID-protocol. Hier heb ik de tweede gekozen, omdat we toch een MCU nodig hebben om de inschakelsequentie af te handelen en het veiliger is om de Pi uit de buurt van menselijke aanraking te houden.

Sluit dus de sleutels aan op de STM32F103C8T6 en verbind vervolgens de MCU met de Pi via USB. Een voorbeeld van het MCU-programma vindt u aan het einde van deze stap. Wijzig de pindefinities in hw_config.c en compileer deze met de USB-bibliotheek van de MCU die hier te vinden is. Of u kunt het hex-bestand gewoon rechtstreeks naar de MCU downloaden, zolang u dezelfde pindefinities in het schema aan het einde van deze instructable deelt.

Wat betreft de audio-uitgangen, het officiële schema van de Raspberry Pi 3 B geeft een goede manier om de pwm-golf te filteren en hetzelfde circuit zou hier perfect moeten werken. Een ding dat moet worden opgemerkt, is dat vergeet niet de regel "audio_pwm_mode=2" toe te voegen aan het einde van config.txt om de ruis van de audio-uitvoer te verminderen.

Om de luidspreker aan te sturen, is een luidsprekerdriver nodig. Hier koos ik voor de TDA2822 en het circuit is het officiële BTL-circuit. Merk op dat de telefoonaansluiting PJ-327 een auto-detach pin op de rechteruitgang heeft. Als er geen koptelefoon is aangesloten, wordt pin 3 aangesloten op het rechterkanaal. En zodra de koptelefoon wordt aangesloten, wordt deze pin losgemaakt van het rechterkanaal. Deze pin kan worden gebruikt als ingangspin voor de luidspreker en de luidspreker wordt gedempt wanneer de hoofdtelefoon wordt aangesloten.

Stap 5: De kracht

Laten we terugkeren naar het stroomgedeelte en het gedetailleerde stroomontwerp controleren.

Er zijn 3 stroomsecties: de MCU-voeding, de Charger/Booster en de DC-DC Bucks.

De MCU-voeding is gescheiden van alle andere voedingen omdat we deze nodig hebben om de pre-powerup-sequentie uit te voeren. Als de aan/uit-knop wordt ingedrukt, verbindt de PMOS de EN-pin van de LDO met de batterij om de LDO in te schakelen. De MCU wordt dan ingeschakeld (de knop is nog steeds ingedrukt). Bij het opstarten van de MCU wordt gecontroleerd of de aan / uit-knop lang genoeg is ingedrukt. Als de MCU na ongeveer 2 seconden ontdekt dat de aan / uit-knop nog steeds is ingedrukt, trekt hij de "PWR_CTL" -pin omhoog om de PMOS aan te houden. Op dit moment neemt de MCU de besturing van de MCU-voeding over.

Wanneer de aan/uit-knop nogmaals 2 seconden wordt ingedrukt, voert de MCU de uitschakelprocedure uit. Aan het einde van de uitschakelprocedure zal de MCU de "PWR_CTL"-pin vrijgeven om de PMOS te laten uitschakelen en wordt de MCU-voeding dan uitgeschakeld.

Het lader/boostergedeelte maakt gebruik van de IC IP5306. Dit IC is 2,4 A opladen en 2,1 A ontladen, sterk geïntegreerde Soc voor gebruik van powerbanks en het is perfect geschikt voor onze behoeften. Het IC is in staat om de batterij op te laden, een 5V-uitgang te leveren en het batterijniveau met 4 LED's tegelijkertijd weer te geven.

Het DC-DC Buck-onderdeel maakt gebruik van twee SY8113 hoogrenderende 3A-bucks. De uitgangsspanning kan worden geprogrammeerd door 2 weerstanden. Om de stroomvolgorde te garanderen, hebben we de MCU nodig om eerst de Booster in te schakelen. Het KEY_IP-signaal simuleert een toetsaanslag op de KEY-pin van IP5306 en schakelt de interne 5V-booster in. Daarna zal de MCU de 3.3V buck inschakelen door de RASP_EN-pin hoog te trekken. En nadat 3,3V is geleverd, wordt de EN-pin van de 1,8V buck hoog getrokken en wordt de 1,8V-uitgang ingeschakeld.

Wat betreft de batterij, twee 1000mAh Li-ion-batterijen zijn voldoende voor de console. De normale grootte van dit soort batterij is ongeveer 50 * 34 * 5 mm.

Stap 6: Het systeem instellen

In deze stap zullen we alle instellingen samenvoegen.

Eerst moet je de RetroPie-afbeelding downloaden en flashen naar een nieuwe TF-kaart. Tutorial en download zijn hier te vinden. Download de Raspberrypi 2/3-versie. U ziet 2 partities na het flashen van de afbeelding: een "boot" -partitie met FAT16-indeling en een "Retropie" -partitie met EXT4-indeling.

Als je klaar bent, plaats het dan niet meteen in de Raspberry Pi omdat we een FAT32-partitie voor de roms moeten toevoegen. Gebruik partitietools zoals DiskGenius om de EXT4-partitie aan te passen tot ongeveer 5-6 GB en maak een nieuwe FAT32-partitie met alle vrije ruimte op uw TF-kaart. Raadpleeg de afbeelding die ik heb geüpload.

Zorg ervoor dat uw systeem de TF-kaartlezer kan identificeren als een USB-HDD-apparaat en u zult 3 partities in uw verkenner zien. Twee ervan zijn toegankelijk en Windows zal u vragen om de linker te formatteren. NIET formatteren!!

Open eerst de "boot" -partitie en volg stap 2 om de pinconfiguraties in te stellen. Of u kunt de boot.zip onder deze stap uitpakken en alle bestanden en mappen naar uw opstartpartitie kopiëren. Vergeet niet om het gecompileerde lcd_init-script ook naar de opstartpartitie te kopiëren.

Hier zijn we klaar om de eerste keer opstarten uit te voeren, maar aangezien er geen display is, raad ik u ten zeerste aan om een RPI-CMIO-bord te gebruiken met een usb-wlan-apparaat. Vervolgens kunt u bij deze stap het bestand wpa_supplicant configureren en ssh inschakelen. Als u er echter geen wilt aanschaffen, kan GPIO32/33 worden gebruikt als UART-terminal. Sluit de TX (GPIO32) en RX (GPIO33) pin aan op een usb-naar-uart-kaart en krijg toegang tot de terminal met de baudrate van 115200. Hoe dan ook, je moet een terminaltoegang krijgen tot je Pi.

Bij de eerste keer opstarten zal het systeem vastlopen wanneer wordt geprobeerd het bestandssysteem uit te breiden. Negeer het, druk op start (enter-toets van het USB HID-toetsenbord) en start opnieuw op. Kopieer op de terminal het lcd_init-script naar de thuismap van de gebruiker "pi" en volg stap 3 om automatisch starten in te stellen. Na nog een keer opnieuw opstarten, zou je het scherm moeten zien oplichten en iets laten zien.

Op dit moment is je gameconsole klaar om te spelen. Om roms en BIOS's in uw TF-kaart te laden, heeft u echter elke keer toegang tot een terminal nodig. Om het eenvoudig te maken, raad ik u aan de FAT32-partitie in te stellen.

Maak eerst een back-up van de RetroPie-map onder /home/pi naar RetroPie-bck: "cp -r RetroPie RetroPie-bck". Voeg vervolgens een nieuwe regel toe in /etc/fstab: "/dev/mmcblk0p3 /home/pi/RetroPie defaults, uid=1000, gid=1000 0 2" om de FAT32-partitie automatisch te koppelen aan de RetroPie-map door de eigenaar in te stellen op gebruiker "pi". Na het opnieuw opstarten, zult u merken dat de inhoud van de RetroPie-map allemaal verdwenen is (als dat niet het geval is, start u opnieuw op) en verschijnen er enkele fouten op het scherm. Kopieer alle bestanden in RetroPie-bck terug naar de RetroPie en start opnieuw op. De fouten zouden moeten verdwijnen en u kunt het invoerapparaat configureren volgens de instructies op het scherm.

Als u roms of BIOS's wilt toevoegen, koppelt u de TF-kaart los wanneer deze is uitgeschakeld en sluit u deze aan op uw computer. Open de 3e partitie (VERGEET NIET de formatteringstip te NEGEREN!!!) en kopieer de bestanden naar de corresponderende mappen.

Stap 7: De 3D-geprinte behuizing en knoppen

Ik ontwierp de GameBoy Micro-stijl case voor de gameconsole.

Gewoon afdrukken

4x ABXY. STL

2x LR. STL (moet ondersteuning toevoegen)

1x KRUIS. STL

1x TOP. STL

1x BODEM. STL

Ik print ze met PLA met 20% vulling, 0,2 mm laag en het is sterk genoeg.

Aangezien de behuizing strak is, controleert u de nauwkeurigheid van uw printer met een testkubus voordat u gaat afdrukken.

En drie 5 mm lange φ3 mm schroeven en vier 10 mm lange φ3 mm schroeven zijn nodig om ze samen te monteren.

Stap 8: Alles bij elkaar en probleemoplossing

Omdat het circuit nogal gecompliceerd is, is het een goede keuze om wat PCB-werk te doen. Het hele schema en mijn eigen PCB-versie wordt aan het einde van deze stap geüpload. Als u van plan bent mijn PCB-versie te gebruiken, verwijder dan alstublieft mijn logo op de Top_Solder-laag niet. Het is beter om je eigen aanpassingen te maken en je eigen PCB-bestand aan de lokale fabrikant te geven om het te maken, omdat het erg moeilijk is om dezelfde onderdelen te kopen die ik op mijn PCB gebruik.

Nadat alle componenten op de PCB zijn gesoldeerd en getest, is het eerste wat u moet doen het hex-bestand downloaden naar de MCU. Plak daarna de LCD-module op de printplaat. De LCD-module moet 3 mm boven de PCB zijn om in de behuizing te passen. Gebruik wat dik dubbelzijdig plakband om het op te plakken. Sluit vervolgens de FPC aan op de connector en plaats de CM3L- en TF-kaart. Soldeer de batterij nu NIET, sluit een USB-stroombron aan en start hem op!

Controleer alle knoppen en weergave. Meet de spanning tussen de BAT+ en GND, controleer of de spanning rond de 4,2V ligt. Als de spanning in orde is, koppelt u de usb-kabel los en soldeert u de batterij erop. Probeer de aan/uit-knop.

Plaats de CROSS- en ABXY-knop in de TOP-behuizing en plaats de PCB in de behuizing. Gebruik 3 schroeven om de printplaat in de behuizing te bevestigen. Plak wat dikke dubbelzijdige tape op de achterkant van alle SKPDACD010-knoppen en plak de batterij erop. Gebruik dikke tape om te voorkomen dat de pinnen van de SKPDACD010 de batterij beschadigen. Plak de luidspreker vervolgens op de BOTTOM-behuizing. Voordat je het sluit, moet je misschien alle knoppen uitproberen, controleren of ze werken en goed stuiteren. Sluit vervolgens de behuizing met 4 schroeven.

Genieten van.

Enkele tips voor het oplossen van problemen:

1) Controleer driemaal de pin-aansluiting van de LCD-module op het schema en de PCB.

2) Leid de LCD-signaaldraden met een lengtebeperking.

3) Als u niet zeker bent van de voedingssecties, soldeer en test u elke sectie volgens de voedingsreeks. 5V eerst en dan 3.3V, en 1.8V. Nadat alle vermogenssecties zijn getest, soldeert u de andere componenten.

4) Als het scherm vaak wazig wordt, probeer dan de polariteit van het PCLK-signaal om te keren door het dpi_output_format in te stellen.

5) Als het display veel uit het midden staat, probeer dan de polariteit van het HSYNC- of VSYNC-signaal om te draaien.

6) Als het scherm een beetje uit het midden staat, probeer dan de overscan-instellingen aan te passen.

7) Als het scherm zwart is, probeer dan te wachten tot het systeem opstart met het rc.local-script. Als u vanaf het begin weergave nodig heeft, probeer dan de SPI-interface op de MCU aan te sluiten en gebruik de MCU om de LCD-module te initialiseren.

8) Als het display de hele tijd zwart is, controleer dan de initialisatievolgorde opnieuw.

9) Stel gerust al je vragen hier of via e-mail: [email protected]