Linuxが動く自作SBCを作る話.pdf

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1. Linuxが動く自作SBCを作る話 三宅大智 Kernel/VM探検隊
2. 自己紹介 ⚫ 三宅大智 ⚫ 今回初参加＆初発表 ⚫ 現在高専4年生 来年5年生です ⚫ プログラミングと電子回路どっちもやっています。 ⚫ X ＠daimiya11 ⚫ Mailaddress mi.dai.tomo@gmail.com
3. 本発表の内容 まだ設計段階、完全に設計が終わっていないです 普通にすべての内容を発表すると1時間くらいかかってしまうので、概略だけ紹介 次回のKernel/VM時までに完成させたいです。またそれ使ってプレゼンできたら いいなと思っています。
4. なぜSBCを作ろうと思ったか たまたま見ていた中国向けのサイトで中国人の学生っぽい人ががRockChip社製のSoCを 使ってSBCを自作していた。回路図や設計図がオープンソースで公開していた。 基板の設計を見てこの程度なら自分でも作れると思った。
5. なぜRK3756を選んだか  LCSCという電子部品通販サイトで普通にSoCが販売されている  4000円程度比較的安いし性能もそこそこ高い  さらに上位のRK3588とかも買えるが1万円程度でかなり高い  謎にドキュメントが豊富、いろいろ探せばデザインマニュアルとかある  Android OSの公式SDKがArmSOMという会社から勝手出ている（重要）
6. RK3576について  CPU Cotex-A72*4、Cotex-A53*4の big.LITTLE構成  メモリ LPDDR4, LPDDR4X, LPDDR5の3種類 対応  ストレージ emmc5.1とUFS2.0対応  映像出力はは、mipi dsi、hdmi、eDP、 RGB888  NPU搭載6TOPS出せる  性能はRaspberry4と５の間くらいとそこそ こ高性能  ペリフェラルが多い
7. 電源設計編
8. 電源設計PMIC  基本的に電源設計はRK806Sという 専用PMICが販売されていのでそれ を使用  DCDCコンバータ  SoC向け5つ  メモリ向け*3  多目的な1.8Vと3.3V各一つ 計10個かなりめんどくさい電源構成  LDO*10個の構成 電源設計編
9. 電源設計  SoCへのメイン電源供給はCPU BIG、 CPU LITTE 、LOGIC、 GPU、NPUで分 割されている  そのほかPCIeとかのPHYに供給する 0.75V、0.85Vなどの電源も供給 →これがやけにおおくて20ピンくらいあ る  起動時に電源を順番に起動していく シーケンス制御が必要だがPMIC側で どうにかしてくれる  Raspberry pi 5とかに搭載されている BCM2712と比べて要求する電圧の多さ やラインが桁違いに多い
10. 電源設計  SoCへの電源供給は低電圧かつ大電流 なので、かなりシビアです  PCBの設計でも、デザインマニュアル にはどれくらい電源の幅が必要かが記 載されているぐらいシビア  PI解析とか必要なレベルだがそんなシ ミュレーションソフトは持っていない ので割愛 電源設計編
11. 電源設計 スリープ時の設定  基本的にに末尾のS0とかS3でスリー プ時に電源に供給するか決めます、 ACPIの記法と同じ。  基本的にメモリは電源を与えないと データを損失するので、3つの電源の うち2つを供給しなくてならない  メモリコントローラにも定期的にプリ チャージ命令を出してもらうために、 電源供給必須  スリープから復帰はPMUIOという専用 のGPIOに適当な信号を送るとスリー プから復帰できる設計になっている 電源設計編
12. メモリ編
13. そもそも売ってない もしくは めちゃくちゃ高い  LPDDRメモリ自体一般向けではないので Digikeyとかで買うしかない  LPDDR5は技術にかなり困難なのでそもそもで きない（1万くらい+すればできる）  LPDDR4は、最近メモリの高騰＆生産停止で在 庫切れもしくは販売してたとしても2万～3万 程度する  4GB版でも安くても1万程度から  8GB版とかは下手したら新品のRaspberry piか ら剥がして使った方が安いレベルの値段 メモリ編
14. AliExpressで破格の 値段で売っている  AliExpressに何故かLCSCで買う と10000円くらいするものが 3000円程度で販売しているこ とがある  逆に安すぎて怪しいので手を 出すのに躊躇している  偽物だと動作しなかったとき 検証不可能になるので辞めた メモリ編
15. 壊れたスマートフォン から流用する  壊れたスマートフォンがLPDDR4使用 と書いてあったためそれを剥がして 流用しようと考えた  分解して調べてみたところ、スマー トフォンはLPDDR4単体だけではなく UFSというストレージ規格と合体した uMCPというパッケージで提供されて いることがわかった  一応AliExpressでも売っている  問題はピンアサインがわからないの とDDRサポートリストに載っていな いので、そもそも動くかどうか不明  リボールが必要 メモリ編
16. 買ったもの  結局いろいろ探してLCSCで2GBのMicronのLPDDR4メ モリを使うことにした  対応リストにもサポートされていることが明言され ている  それでも6000円はする メモリ編
17. LPDDR4の配線 LPDDR4は基本的に1チャンネル  アドレス線*6  チップセレクタ線*２  Clock Enableライン*2  クロック線（差動信号ので実質2本）  データ線*16  データストローブ線*2 （差動信号ので実質4本）  データマスク線*2 34本の配線で成り立っている。 これが2チャンネル分で68の配線が必要。 メモリ編
18. LPDDR4の等長配線  さらにLPDDR4はパラレルバスな ので、等長配線という基板上で曲 げて配線し、長さ調節する必要が ある  メモリコントローラの性能にもよ るが、RK3576に搭載されている メモリコントローラだと、90mil ＝2.286mmの長さの等長配線が 必要 メモリ編
19. LPDDR4の等長配線  また別に68本すべて等長配線に する必要もなく、基本的にアドレ スライン内と8ビット+制御ライ ン内だけでOK  回路図上だと右に表示されている 部分内に当たる部分です メモリ編
20. LPDDR4の等長配線 基板上だと写真で強調されていると ころで、このグループ内で等長配線 をする必要があります。 メモリ編
21. LPDDR4の等長配線 ほかにもいろいろ工夫が必要だが、マニュアル通 りに配線するこうなる どうやら、LPDDR配線の公式テンプレートがあ るっぽいが、いろいろ探しても見つからなかった ので、仕方がなく頑張って配線した。 これだけで2週間くらいかかった。 メモリ編
22. 最後に まだまだHDMI、PCIe、USB3.0、WiFi、devicetree、linuxビルトなど難関だら けですが、これを話すと10分に収まらなくなるので、止めておきます。 やっぱり、現代的コンピューターを作るの非常に難しい。 自分ではんだ付けしてlinuxがブートする時点で奇跡とも言っていいレベル これを設計して量産して販売までもってこれる会社が、そんなにないのもよ くわかった。 できたら、SoC自体Androidタブレット向けなのでこれを使って自作タブレッ トを作ってみようかと検討中。
23. 余談 普通にAliExpressで同じSoCが載っている SBCを買うと、9000円程度で買えます。 メモリ+SoCでも普通に1万円越えなので、 全く自作するメリットありません。せいぜ いロマンがあるくらい どうやって利益出しているのか謎。
24. 余談 このプロジェクトが終わったら・・・。 謎のポーランド人がAMDのRyzen を 使って自作x86ボードを作るということ をやっていて、再現してみたいと思ってい るのですが、BIOS（特にOpenSIL）周りと か、あとこんなものを勝手に作っていいの か全く分からないので、詳しい人がいた ら懇親会で教えてくれたらありがたい です。
25. ご清聴ありがとうございました