AdvaBoard RPi1 - Raspberry Pi Erweiterungsplatine

Mechanik

• Platinengröße: ca. 96.6 * 64.8mm
• Maße: siehe Maßzeichnung (PDF)
• Befestigungsbohrungen:
  • für den Raspberry Pi Rev. 2
  • in den 4 Ecken (als allgemeine Befestigung, Display-Befestigung und/oder Befestigung für einen Raspberry Pi Rev. 1)
• Gewicht: ca. 50g
• Stromversorgung: 5V, per 5V-Netzteil-Steckverbinder oder per Raspberry Pi

Das AdvaBoard RPi1 kann entweder direkt über oder unter einen Raspberry Pi montiert ("gestapelt"), oder getrennt von diesem befestigt werden. Soll das AdvaBoard RPi1 über bzw. unter einen Raspberry Pi B+/A+/2B montiert werden, so ist ein zusätzliches Befestigungskit erforderlich.

Echtzeituhr / RTC

Der Raspberry Pi enthält selbst leider keine Echtzeituhr, so dass bei jedem Booten üblicherweise Uhrzeit und Datum manuell eingegeben oder über das Netzwerk (per NTP) bezogen werden müssen.

Das AdvaBoard RPi1 behebt dieses Problem, indem es dem Raspberry Pi eine (batteriegepufferte) Echtzeituhr zur Verfügung stellt. Zudem kann die Echtzeituhr verwendet werden, um den Raspberry Pi und das AdvaBoard RPi1 zu bestimmten Uhrzeiten oder in bestimmten Intervallen einzuschalten (siehe Stromversorgung / Power-Management), oder bestimmte Aktionen auszulösen.

Stromversorgung / Power-Management

Das AdvaBoard RPi1 kann

• entweder vom Raspberry Pi und dessen Micro-USB-Netzteil mit Strom versorgt werden,
• oder vom 5V-Steckverbinder mit Strom versorgt werden, und darüber dann auch den Raspberry Pi mit Strom versorgen.

Es darf aber gleichzeitig immer nur eine der beiden Versorgungen (5V-Steckverbinder am AdvaBoard oder Netzteil am Raspberry Pi) angeschlossen sein, niemals beide!

Die Versorgung über den 5V-Steckverbinder sollte dabei bevorzugt werden, da nur in diesem Fall das AdvaBoard den Raspberry Pi ein- und ausschalten kann. Das Power-Management bietet dann folgende Funktionen:

• Ein-/Ausschalten des 5V-Netzteils (bei Verwendung eines passenden 5V-Schaltreglers)
• Einschalten des 5V-Netzteils zu gewissen Uhrzeiten/Zeitintervallen, auf Tastendruck oder durch spezielle I²C-Geräte
• separates Ein-/Ausschalten von Raspberry Pi, E-SPI/RS-232/RS-485, CPLD und TFT-Display durch den integrierten Mikrocontroller zu bestimmten Uhrzeiten oder bestimmten Ereignissen
• separate Batterieversorgung der Echtzeituhr und spezieller I²C-Sensoren bei ausgeschaltetem Netzteil

Damit ist das AdvaBoard ideal für einen Batteriebetrieb bzw. autarken Betrieb z.B. mit einem Solarmodul geeignet, da sich das komplette System (bis auf die batterieversorgte Echtzeituhr und evtl. spezielle I²C-Sensoren) abschalten, und zeit- oder ereignisgesteuert wieder aufwachen kann. Nach dem Aufwachen kann der integrierte Mikrocontroller sofort tätig werden, z.B. verschiedene Sensoren abfragen (bei Verwendung spezieller Firmware) und bei Bedarf weitere Komponenten einschalten oder den Raspberry Pi booten.

Als "Einschalter" können dabei die Echtzeituhr, ein einfacher Taster, spezielle I²C-Sensoren oder I²C-Erweiterungsplatinen mit Mikrocontrollern, die z.B. bestimmte Sensoren auf Grenzwerte überwachen, verwendet werden.

I²C / SMBus

Der I²C-Bus ist mittlerweile die Schnittstelle für digitale Sensoren, z.B. für Temperatursensoren, Temperatur-/Feuchtesensoren, Beschleunigungssensoren, Bewegungsmelder etc.

Das AdvaBoard verwendet dabei:

• 3.3V Versorgungsspannung
• 3.3V Pegel (nicht 5V-tolerant!)
• eine separate Leitung für die Versorgung per Batterie
• eine Interrupt-Leitung für schnelle Reaktionszeiten und das Aufwecken des AdvaBoards/Raspberry Pis bei bestimmten Ereignissen

Die Steckerbelegung wurde dabei so gewählt, dass das Übersprechen zwischen SDA, SCL und der Interrupt-Leitung möglichst gering ist.

Die I²C-Adressen 8 und 9 sind durch das AdvaBoard RPi1 bereits belegt und können nicht für externe Sensoren verwendet werden.

Steckverbinder: Wannenstecker, 6-polig, RM 2.54mm

I2C-Einbaustecker

(Ansicht: Steckseite)

E-SPI

Die SPI-Schnittstelle bietet einen einfachen und sehr schnellen seriellen Datenbus. Sie eignet sich insbesondere für Peripherie, die eine hohe Datenrate oder kurze Latenzzeiten benötigt, z.B. externe CPLDs/FPGAs, Displays usw.

Das AdvaBoard verwendet dabei:

• 5V Versorgungsspannung
• 3.3V Pegel, 5V-tolerant
• 4 zusätzliche Adressleitungen
• einen optionalen Interrupt

Die zusätzliche Adressleitungen können entweder als normale Chip-Select-Leitungen verwendet werden, um insgesamt 4 SPI-Geräte anzusprechen, oder mit zusätzlichen Adressdekodern bis zu 16 Geräte adressieren. Damit ist der "E-SPI" ideal geeignet, um auf einfache Art und Weise per Flachbandkabel bis zu 16 externe Platinen an das AdvaBoard anzuschließen.

Zusätzlich kann in den Adressdekodern eine Interruptlogik integriert werden, wodurch die SPI-Slaves Interrupts auslösen können, ohne dafür zusätzliche Leitungen zu benötigen.

Steckverbinder: Wannenstecker, 10-polig, RM 2.54mm

E-SPI-Einbaustecker

(Ansicht: Steckseite)

Digital-I/O / Analog-I/O

Das AdvaBoard bietet einige Analog- und Digital-I/Os:

• 8 Digital-I/Os per CPLD mit optionaler hardwareunterstützter Verarbeitung (z.B. für 2-Phasen-Counter)
• 2 Digital-I/Os per Mikrocontroller inkl. PWM
• 2 Analog-Ausgänge (8 Bit, einstellbarer Bereich 0..0.25/0.5/1.0/2.0mA, max. 2.0V),
  alternativ als Digital-I/Os nutzbar
• 4 Analog-Eingänge (16 Bit, standardmäßig max. 50 Samples/s) inkl. Spannungsteiler und Filter

Steckverbinder: Wannenstecker, 20-polig, RM 2.54mm

I/O-Einbaustecker

(Ansicht: Steckseite)

RS-485 / EIA-485

Die RS-485-Schnittstelle ist eine störfeste Industrieschnittstelle, an die als Bus (evtl. mittels Hubs) mehrere Geräte angeschlossen werden können, und die auch für die Überbrückung langer Distanzen geeignet ist.

Das AdvaBoard enthält eine RS-485-Schnittstelle mit automatischer Richtungsumschaltung und einen RS-485-Leitungs-Terminator (680 Ohm / 120 Ohm / 680 Ohm), der über eine Steckbrücke aktivierbar/deaktivierbar ist. Zudem ist eine automatische 9.Bit-Modifikation zur Adressierung der Geräte, wie es z.B. für das Advamation-RS-485-Protokoll notwendig ist, möglich.

Steckverbinder: Printstecker, 4-polig, RM 2.54mm

RS-485-Einbaustecker

(Ansicht: Steckseite)

RS-232 TTL

An die integrierte RS-232-Schnittstelle mit TTL-Pegeln kann verschiedene Peripherie, z.B. ein GPS- oder Funkmodul, angeschlossen werden.

Zudem ist ein Pegelwandler verfügbar, der diese Schnittstelle in eine "normale" RS-232-Schnittstelle (mit 9pol. D-Sub-Steckverbinder) verwandelt, sowie ein USB-RS232-Adapterkabel, das diese Schnittstelle an USB adaptiert.

Steckverbinder: Printstecker, 5-polig, RM 2.54mm

RS-232-Einbaustecker

(Ansicht: Steckseite)

TFT-Display-Schnittstelle

Das AdvaBoard besitzt eine Schnittstelle inkl. Ansteuerungslogik für die von uns angebotenen digitalen TFT-Displays.

Zu beachten ist, dass diese Schnittstelle nur für die von uns angebotenen Displays geeignet ist! Andere Displays -- selbst wenn sie ähnlich aussehen und einen ähnlichen Steckverbinder besitzen -- dürfen nicht angeschlossen werden, da dies sonst zu Schäden am AdvaBoard RPi1 und/oder am Display führen kann!

Die Displays können entweder direkt auf das AdvaBoard aufgesteckt (und ggf. mittels Adapter mit diesem verschraubt), oder mit einer Flachbandkabel-Verlängerung angeschlossen werden.

Für das AdvaBoard sind derzeit TFT-Displays in den Größen 3.2" (81mm, 320×240), 4.3" (109mm, 480×272), 5" (126mm, 800×480) und 7" (176mm, 800×480), jeweils inkl. resistivem Touchscreen, verfügbar. Die Displays sind auf einer Platine befestigt, die u.a. Befestigungslöcher enthält, so dass eine Frontplattenmontage möglich ist.

Die Displays sind dabei nicht für das Abspielen von Videos o.ä. gedacht, sondern eher für Benutzeroberflächen ("GUI") oder als interaktive Datenanzeige. Dennoch sind mit dem 3.2" Display Frameraten von bis zu ca. 30 Frames/s (max. knapp 4 MPixel/s) möglich.

Das Display kann sowohl vom Raspberry Pi, als auch vom Mikrocontroller des AdvaBoard (voraussichtlich zukünftig z.B. zur Darstellung eines Startup-Bildes) angesprochen werden. Ein Framebuffer-Treiber, um das Display als Standard-Linux-Display (inkl. X11) zu verwenden, ist ebenfalls vorhanden.

Per E-SPI wird es zudem in Zukunft möglich sein, zusätzliche TFT-Displays an das AdvaBoard anzuschließen.

Für Spezialanwendungen wäre es darüber hinaus möglich, mit einer angepassten Version des AdvaBoard und einer speziellen CPLD-Firmware die Display-Schnittstelle als allgemeine CPLD-I/Os (inkl. hardwareunterstützter Verarbeitung durch den CPLD) zu verwenden.

JTAG/C2-Ausgang

Das AdvaBoard besitzt einen JTAG- und C2-Ausgang, mit dem bestimmte Xilinx CPLDs/FPGAs und bestimmte SiLabs C8051-Mikroprozessoren programmiert werden können. Damit ist z.B. für externe Xilinx-CPLD- oder SiLabs-Mikrocontroller-Platinen kein separates Programmiergerät mehr notwendig.

Zudem ist es möglich, darüber Firmware-Updates in das AdvaBoard einzuspielen, z.B. um später weitere Funktionen nachzurüsten oder das AdvaBoard auf spezielle Anwendungen anzupassen.