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jetbot 硬件架构图与电路图

电脑版发表于:2024/8/20 11:34

jetbot 硬件架构图与电路图


jetbot gpu有128个cuda核心,cpu有4核 ARM A57。
这里我们使用的是4G内存。
接着我们来看一下左上角的图。

什么是SoC


以前很多功能都是分散在很多单独的芯片去做,单独去做的话体积变得很大并且很零散,体积很大。
现在把所有的功能全部放到一张芯片中去处理,体积减小,这就是SoC系统。
JetSon Nano 模块在描述如下:

模块 描述
Power Subsystem 电源子系统,管理板载电源供给和分配
SoC 系统级芯片,Jetson Nano 的核心部分,处理 AI 运算和图像处理
LPDDR4-4G 4GB LPDDR4 内存,提供快速的数据存储和访问
4MB QSPI-NOR 4MB QSPI-NOR 闪存,用于存储引导固件、配置数据等
SD Card Socket SD 卡插槽,用于存储操作系统和用户数据
GbE PHY 千兆以太网物理层芯片,用于网络通信
VDD_IN 主电源输入,通常用于连接外部电源
POWER_ON 电源开关控制信号,控制电源的启动
GPIO 通用输入输出接口,支持自定义控制和信号处理
USB 2.0 #0 标准的 USB 2.0 接口,用于连接外部设备
USB 2.0 #1 标准的 USB 2.0 接口,用于连接外部设备
USBSS 高速 USB 接口,支持 USB 3.0 设备连接
CSI 0/CSI 2 相机串行接口,用于连接摄像头模块
MCLK (x2) 主时钟信号,提供给摄像头等外设
CAM_I2C 相机 I2C 接口,用于控制摄像头模块
GPIOs (2 sets) 两组 GPIO 接口,用于扩展输入输出功能
DP1_TXDx、DP1_AUX DisplayPort 接口,支持外接显示器
HDMI_CEC HDMI 的 Consumer Electronics Control 信号
DP1_HPD、DP0_AUX 显示接口相关信号,主要用于显示器检测和连接
PCIE #0,Lane 0 PCIe 通道,支持外部高速设备连接
PCIe #0 CLK/CTL PCIe 时钟和控制信号
USB 2.0 #2 额外的 USB 2.0 接口
I2S #1 音频接口,用于连接麦克风或扬声器
UART #0 串口通信接口,支持调试和数据传输
GPIOs 额外的通用输入输出接口
I2C #2 用于连接 I2C 设备的接口,支持传感器、外设等
AUD_MCLK 音频主时钟信号
I2S #0 另一个音频接口,通常用于音频输入输出
I2C #1、I2C #2 I2C 接口,用于连接多个 I2C 设备
SPI #0 & #1 串行外设接口,支持高速数据传输
UART #1 辅助串口通信接口
GPIOs 更多的通用输入输出接口
UART #2 第三个串口通信接口
PWM & TACH 脉宽调制和转速反馈,用于电机或风扇控制
MDI 媒体独立接口,用于网络连接


PCIE高速接口,当我们芯片做级联的时候,需要用高清的视频监控的话可以通过PCIE多个芯片级联。
FPGA 与 PCIe 常常结合使用,例如在数据中心中,FPGA 通过 PCIe 接口作为加速卡使用,用于加速 AI 推理、金融计算等任务。
PCIe 提供高速数据传输通道,而 FPGA 则负责自定义的计算任务。
Jetson Nano Carrier Board的外部模块如下

外部模块名称 含义与功能
DC Jack —SV—> PWR & Ctrl 电源输入接口,通过 DC 接口供电,并连接到 PWR 和控制信号
USB 2.0 Micro B Micro USB 2.0 接口,通常用于数据传输或供电
USB SS Type A x2 两个 USB 3.0 接口(Type A),支持高速数据传输和外部设备连接
USB SS Type A x2 额外的两个 USB 3.0 接口,进一步扩展设备连接能力
USB 3.0 Hub USB 3.0 集线器,提供更多 USB 设备连接接口
Camera Connector x2 两个相机连接器,用于连接 CSI 摄像头模块
HDMI Type A 标准 HDMI 接口,用于连接显示器或电视
DisplayPort DisplayPort 接口,支持外接显示器连接
M.2, Key E Socket M.2 Key E 插槽,通常用于扩展 Wi-Fi 或其他通信模块
Wi-Fi Data IF Wi-Fi 数据接口,处理无线网络数据传输
BT Audio 蓝牙音频接口,用于蓝牙音频传输
BT IF 蓝牙接口,支持蓝牙设备通信
Wi-Fi/BT Control 控制 Wi-Fi 和蓝牙模块的信号接口
Misc Control IF 其他控制接口,管理特定功能
[Expansion Connector] Audio 扩展连接器中的音频接口,支持音频输入输出
[Expansion Connector] Ctrl IFs 扩展连接器中的控制信号接口
[Expansion Connector] GPIOs 扩展连接器中的通用输入输出接口
Debug Serial Port 调试串口接口,用于开发与调试
Fan Connector 风扇接口,支持连接风扇进行散热
RJ45 以太网接口(RJ45),用于有线网络连接


Jetbot 外部管脚接口的含义及其功能

引脚编号 信号名称 功能描述
1 3.3V 3.3V 电源输出
2 5.0V 5.0V 电源输出
3 I2C1_SDA I2C 总线数据线
4 5.0V 5.0V 电源输出
5 I2C1_SCL I2C 总线时钟线
6 GND 接地
7 GPIO09 通用输入输出 GPIO
8 UART1_TXD UART 通信发送端
9 GND 接地
10 UART1_RXD UART 通信接收端
11 UART1_RTS* UART 请求发送信号
12 I2S0_SCLK I2S 音频接口时钟信号
13 SPI1_SCK SPI 通信时钟线
14 GND 接地
15 GPIO12 通用输入输出 GPIO
16 SPI1_CS1* SPI 通信片选信号
17 3.3V 3.3V 电源输出
18 SPI1_CS0* SPI 通信片选信号
19 SPI0_MOSI SPI 通信主机输出从机输入
20 GND 接地
21 SPI0_MISO SPI 通信主机输入从机输出
22 SPI1_MISO SPI 通信主机输入从机输出
23 SPI0_SCK SPI 通信时钟线
24 SPI0_CS0* SPI 通信片选信号
25 GND 接地
26 SPI0_CS1* SPI 通信片选信号
27 I2C0_SDA I2C 总线数据线
28 I2C0_SCL I2C 总线时钟线
29 GPIO01 通用输入输出 GPIO
30 GND 接地
31 GPIO11 通用输入输出 GPIO
32 GPIO07 通用输入输出 GPIO
33 GPIO13 通用输入输出 GPIO
34 GND 接地
35 I2S0_FS I2S 音频接口帧同步信号
36 UART1_CTS* UART 清除发送信号
37 SPI1_MOSI SPI 通信主机输出从机输入
38 I2S0_DIN I2S 音频接口数据输入
39 GND 接地
40 I2S0_DOUT I2S 音频接口数据输出

前引(点灯)


蓝色接地红色接电源。
一个灯,再加一个电阻。


通过这些管脚来进行链接,输出高低电频,再连接到面包板就可以点灯成功。
CPU中有一些特殊功能寄存器,CPU通过设置某些位可以使管脚输出高电频或低电频。
除此之外多关注旁边的板子丝印。


当我们在排查某个问题时,通过管脚找到对应的电路图。


然后通过电路图找到芯片手册,就是CPU的控制,寄存器的描述。


接下来做一个点灯的实验。
首先切换到root根用户。

  1. sudo -i


然后利用内核的方式把灯点亮。

  1. cd /sys/class/gpio/
  2. echo 79 > export # 把sysfs 里管脚的编号导出(pin 12脚对应的sys的gpio 79)
  3. cd gpio79 # 进入到79管脚
  4. echo out > direction # 把管脚设为输出
  5. echo 1 > value # 发现灯亮了

  1. echo 0 > value # 发现灯灭了
  2. cat /sys/kernel/debug/gpio # 查看信息

  1. cd ..
  2. echo 79 > unexport # 取消导出(发现gpio79消失了)

源头


官方文档中心 https://developer.nvidia.com/embedded/downloads
Jetson Nano Product Design Guide 产品设计指导 入口
Jetson Nano Developer Kit Carrier Board Specification 板子标注说明
Jetson Nano Module Data Sheet 板子的芯片手册
Jetson Nano Developer Kit Carrier Board Specification 板子的电路图
Maxwell GPU + ARM Cortex-A57 + 4GB LPDDR4 + 16GB eMMC 与电路图中管脚编号一致,但和板子上标注不一致。
Tegra X1 (SoC) Technical Reference Manual //3 CPU(soc)的芯片手册
Jetson Nano Pin and Function Names Guide Application Note //4.1引脚的控制
Jetson Nano Developer Kit Pinmux //4.2 40PIN外接管脚的转换表
Jetson Nano Pinmux //4.3 管脚复用的映射表
官方论坛 https://forums.developer.nvidia.com/
ARM官网 https://developer.arm.com/ip-products/processors/cortex-a/cortex-a57
下载 DDI0488H_cortex_a57_mpcore_trm.pdf cortex_a57 芯片手册

电源树


这是一张电源树图,前面两个黄色的图标形状分别对应电源的5V
USB支持的是2A电流,另外一个支持的是4A电流的。


其中上面第二排绿色的都是5v的电流,USB什么的…
除此之外还有3.3V的,WIFI、蓝牙、摄像头(CSI)…


接着我们来看一下电路图


UART串口很多0、1、2,其中uart2是串口调试。


具体可以参考pdf文档。

LED灯


一般情况下板子上电后,会有一个指示灯板子上电都有。


从最左边的圆圈是电源,电压是3.3伏,接着又一个LED灯是发光二极管,在点灯的时候中间会加一个三极管。
如果去掉三极管(npn),高电流接地灯同样会亮,但如果往左走通往的是CPU或其他地方的,多个这样的电流就会导致CPU或者其他烧毁。

所以这里的三极管相当于上下是水源,而左边是一个阀门,从而使得低电流控制高电流。


接着我们来看一个正式的电路图


首先接入一个真实5V的LED电流,接着的连接一个发光二极管,然后接了一个1.8k的电阻,然后添加了一个NMOS管(电流放大)。
NMOS管(N型金属氧化物半导体)是一种场效应晶体管(FET)。它主要由三个电极组成:源极(Source)、漏极(Drain)和栅极(Gate)。NMOS管的工作原理基于电场的控制,当栅极施加电压时,可以控制源极和漏极之间的电流。

电极 描述
源极(Source) 源极是电子的来源。在NMOS管中,电子从源极流向漏极。源极通常接地或连接到较低电势。
漏极(Drain) 漏极是电子的流出端,电流从漏极流出。在NMOS管中,漏极通常连接到电路中的负载。
栅极(Gate) 栅极是控制端,通过施加电压来控制源极与漏极之间的导通与否。栅极上的电压决定了晶体管是否导通。

简单来说,NMOS管的作用就是:当栅极有电压时,它让电流从源极流到漏极;当栅极没有电压时,它阻止电流流动。所以它被广泛用在电路中用来控制电流的开关动作。


这里的输入连接到的是CPU,通过删极电流高低来决定源极流到漏极是否导通。
接着我们来看右上角。

标注 描述
DS3 该元件在电路板上的标号或丝印值,用于定位和标识
LED_SMD_0603 发光二极管的封装类型,0603封装(1.6mm x 0.8mm)属于表面贴装器件(SMD)
25mA 发光二极管的额定工作电流为25毫安(mA)
2.35V 发光二极管的正向电压为2.35伏(V)
Green 发光二极管的发光颜色为绿色
603 封装尺寸为0603
COMMON 表示电路中的公共端或共用连接点

注释:为什么要用三极管,电流放大(极弱电流控制弱电流)因为芯片管脚太多,管脚电流要很小,否则功耗很大,会很烫。
但电流太小,光太暗了,故用三极管进行电流放大。

PWM控制风扇


首先这个A是马达,左边的管脚一般接入我们的CPU,然后通过一个三极管实现一个弱电流放大的操作,与点灯类似。
CPU通过发送电波频率的信号长度和波的弧度来调整电机的快慢。


现在的风扇我们从右边开始看,GNU接地、PWH接通电源、PWM调整矩形电波进行调整风扇的转速、IACH控制风扇的转速。

接口 描述
GNU 接地(Ground),风扇电路的负极
PWH 电源接口,提供风扇工作所需的电压
PWM 调速接口,通过调整矩形波(脉宽调制,Pulse Width Modulation)信号来控制风扇的转速
IACH 监控或反馈接口,用于检测和控制风扇的转速,通常用于速度反馈或控制调节


在这个风扇控制电路中,PWM 信号从 1.8V 电平转换为 5V 电平,以驱动风扇的 PWM 控制输入。
VCCA 和 VCCB:这些是电平转换芯片的电源引脚,分别对应不同的电压域。
VCCA 是与 A 侧(低电压侧)连接的电压,通常用于驱动低电压信号。在这个电路中,VCCA 被标注为 1.8V。
VCCB 是与 B 侧(高电压侧)连接的电压,通常用于驱动高电压信号。在这个电路中,VCCB 被标注为 5V。
DIR:这个引脚用于控制信号的方向。在这个电路中,方向引脚(DIR)接地,意味着信号从 A 侧(低电压侧)传输到 B 侧(高电压侧)。
Level Shifter (电平转换器):这里的电平转换芯片是 SN74LVC1T45DC,常用于在不同电压域之间进行双向信号转换。例如,从 1.8V 转换到 5V,确保不同电压的电路模块能够互相通信。
下面是内部工作原理:


这个电路的主要作用是将3.3V(SDA1)电平转换为5V(SDA2)电平,通常用于I2C通信中不同电压域的设备之间进行数据传输。

R2和R3(上拉电阻):
R2和R3都是10kΩ电阻,它们分别将SDA1和SDA2上拉到各自的电压源(+3.3V和+5V)。上拉电阻在I2C通信中非常重要,确保信号线在空闲时处于高电平。

MOSFET (V7002):
g极(栅极)连接到SDA1一侧的3.3V,这是低电压域。
s极(源极)连接到SDA1信号线(3.3V侧)。
d极(漏极)连接到SDA2信号线(5V侧)。
当SDA1侧的信号为低电平时(0V),MOSFET导通,SDA2侧也被拉低。相反,当SDA1为高电平时,MOSFET截止,SDA2侧被上拉到5V。

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