BeagleBone Black使用（一）：狗板简介

前言

• BeagleBone 与 Arduino 和树莓派可以说是目前应用最广泛的三大嵌入式开源平台。而BeagleBone 在一定程度上可视为融合了 Arduino 与树莓派的优点，它有比 Arduino 更多的GPIO 口，有着比树莓派更高的性能和更好的开源。

• BeagleBone 可以运行完整的 Linux 系统，程序的编写、编译和调试都可以在板子上进行，而且支持多种编程语言，如常用的 C、C++、Python、perl 都可以在BeagleBone内使用。此外，BeagleBone还自带了基于 Web 的 Cloud9 编辑器以及对应的 BoneScript语言，可以方便的在电脑浏览器中对 BeagleBone 进行编程。
  

  目 录

  • 前言
  • 一、BB_Black 概述
  • • 1.1 硬件特性
    • 1.2 系统框图
    • 1.3 板卡尺寸（mm）
  • 二、BB_Black 硬件系统
  • • 2.1 处理器简介
    • • 2.1.1 时钟信号
      • 2.1.2 复位信号
      • 2.1.3 通用I/O
      • 2.1.4 可编程实时单元和工业通讯子系统
      • 2.1.5 3D图形引擎
    • 2.2 处理器外围芯片
    • • 2.2.1 TPS65217电源管理芯片
      • 2.2.2 EMMC04G-M627 存储器
      • 2.2.3 D2516EC4BXGGB DDR存储器
      • 2.2.4 LAN8710A-EZC-TR Ethernet芯片
      • 2.2.5 TDA19988发送器
    • 2.3 扩展接口
    • • 2.3.1 电源接口
      • 2.3.2 Ethernet 端口
      • 2.3.3 板载 LED
      • 2.3.4 复位按钮
      • 2.3.5 扩展I/O 口
      • 2.3.6 串行接口 J1
      • 2.3.7 USB Host 端口
      • 2.3.8 Boot 开关
      • 2.3.9 Mini USB 接口
      • 2.3.10 MicroSD 卡槽
      • 2.3.11 Micro HDMI 接口
  • 三、本文参考

一、BB_Black 概述

• BeagleBone Black 是一款基于TI公司 AM3358处理器的开发套件，处理器集成了高达 1GHz 的 ARM Cortex™ A8 内核，并提供了丰富的外设接口，包括网口、 USB Host、USB OTG、TF卡接口、串口、JTAG接口（默认不焊）、HDMI D Type 接口、eMMC、ADC、I2C、SPI 、PWM 和 LCD 接口。
  

1.1 硬件特性

• 产品参数
  ·产品尺寸： 86.36 mm × 54.61mm
  ·工作温度： 0~70
  · 环境湿度： 20% ~ 90% 90%（无凝结
  ·输入电源： 5 V
• AM335 8 处理器
  ·集成 1G MHz ARM Cortex™ A8 内核
  ·集成 NEON™ SIMD 协处理器
  ·集成 SGX 530 图形 引擎
  ·集成可编程实时单元子系统
  · 集成 32KB 指令缓存 和 32KB 数据缓存 ，支持奇偶校验
  ·集成 256KB 二级缓存，支持错误校验码
• 板载存储器
  ·4 G B eMMC Flash 存储器
  ·512MB DDR3 SDRAM 存储器
• 板载 接口
  ·一个 HDMI D type 接口（ 16 位色输出，支持音频输出）
  ·一个 10/100M 以太网接口（ RJ45 连接器）
  ·一个集成了 PHY 的高速 USB 2.0 OTG 接口（ Mini USB B 型连接器）
  ·一个集成了 PHY 的高速 USB 2.0 HOST 接口（ USB A 型连接器）
  ·一个 TF 卡接口（兼容 SD/MMC
  ·一个 3 线调试串口（ 6 pin 2.54 间距连接器）
  ·一个 HDMI D type 接口
  · 两个扩展接口，可扩展 LCD 、 UART 、 eMMC 、 ADC 、 I2C 、 SPI 和 PWM 等接口
  ·一个 JTAG 接口（ 20 pin 标准接口， 默认未焊接 连接器）
• 按钮和 LED
  ·一个启动选择按键
  ·一个电源按键
  ·一个复位按键
  ·一个 LED 电源指示灯
  ·四个用户自定 LED 灯

1.2 系统框图

1.3 板卡尺寸（mm）

二、BB_Black 硬件系统

2.1 处理器简介

• 处理器是所有操作的基础，是整块板子的大脑。BB-Black 配备了TI的 AM3358 处理器，如下图中编号 9 所示，它是基于 ARM Cortex A8 内核的微处理器，在图像、图形处理、外设和诸如 etherCAT 和 PROFIBUS 的工业接口选项方面进行了增强，并支持 Linux 、 WinCE 和 Android 等高级操作系统。
• 该处理器包含了多个子系统。微处理器单元（MPU）子系统基于 ARM Cortex A8 微处理器； POWERVR SGX 图形加速子系统用于 3D 图形加速以支持显示和游戏效果；可编程实时单元子系统 (使用户可以创建各种超越本地外设的数字资源。此外，PRUSS 独立于 ARM 内核，这就允许设备有独立的操作和时钟，从而在复杂系统解决方案中有更大的灵活性。

2.1.1 时钟信号

• AM3358的时钟信号包括两个输入时钟 OSC1和 OCC0，和两个输出时钟 LCKOUT1 和 LCKOUT2 ，其中
  • OSC1 为 RTC 提供 32.768KHz 参考时钟并用于连接 RTC_XTALIN 和RTC_XTALOUT 终端。
  • OCC0 为所有无RT功能的时钟提供19.2MHz、24MHz、25MHz或 26MHz 参考时钟，并用于连接 XTALIN 和 XTALOUT 终端。

2.1.2 复位信号

• 复位功能由 CPU 的 PWRONRSTn 信号实现， 低电平有效。

2.1.3 通用I/O

• 通用接口包括 4 组通用输入输出接口（GPIO），每一组 GPIO 模组提供 32 个专用的通用接口输入输出管脚，因此通用的 GPIO 可以高达 128 个（4x32）管脚。

2.1.4 可编程实时单元和工业通讯子系统

• 可编程实时单元和工业通讯子系统（PRU ICSS）包含了两个 32 位 RISC 内核（可编程实时单元，即 PRUs）、存储器、终端控制器以及能够支持更多周边接口和协议的内部外设。
• 与 AM1x 和 OMAP L13x 系列处理器相比， AM3358 拥有的这种子系统是下一代的 PRU 子系统。

2.1.5 3D图形引擎

• POWERVR® SGX图形加速器子系统用于 3D 图形加速以支持显示和游戏效果，该子系统的主要特性如下：
  · Tile Based 架构，处理能力高达 20Mploy/秒
  · 通用可扩展渲染引擎是一个具有像素和顶点渲染功能的多线程引擎
  · 超过 Microsoft VS3.0 、 PS3.0 和 OGL2.0 的高级渲染功能指令集
  · 工业标准 API ，支持 Direct3D Mobile 、 OGL ES 1.1 和 2.0 、 OpenVG 1.0 和 OpenMax
  

2.2 处理器外围芯片

2.2.1 TPS65217电源管理芯片

• TPS65217是一个综合的电源管理芯片，如上图中标号 5 所示，它包括 3 个降压转换器、一个 LED 驱动器、四格 LDO 和电池充电 单元 ，并通过 IIC 与 CPU 相连。TPS65217 的主要作用是为 CPU 、eMMC 和 DDR 等板载芯片提供 1.1V 、1.2V 、1.5V、1.8V 或 3.3V 等电压， 以保证芯片正常工作 。

2.2.2 EMMC04G-M627 存储器

• EMMC04G-M627 是 BeagleBone Black 的 eMMC Flash，如上图标号 7 所示，大小为 4 GB，BeagleBone Black 板载闪存可以使得系统不需要插入 MicroSD 卡就可以启动（初始版本 BeagleBone 必须插入 MicroSD 卡才能启动）。

2.2.3 D2516EC4BXGGB DDR存储器

• D2516EC4BXGGB 是 BeagleBone Black 的 DDR3 DRAM 存储器，如上图标号 11 所示，大小为 4Gb (256Mb x 16) ，即 512MB。

2.2.4 LAN8710A-EZC-TR Ethernet芯片

• LAN8710A-EZC-TR 是一个低功耗的 10BASE T/100BASE TX 物理层以太网收发器。兼容 IEEE 802.3 2005 标准，支持 1.6V~3.6V 之间的可变 I/O 电压。该芯片支持物理层自动协商机制，因此 BeagleBone Black 可通过直通网线或者交叉网线连接到网络 hub 或者电脑，如图中标号 6 所示。

2.2.5 TDA19988发送器

• TDA19988是 NXP 推出的小尺寸、低功耗的 HDMI 发送器，支持 HDMI1.4a 标准 。TDA19988 能够将 RGB 信号 转换成 HDMI 信号 并且后向兼容 DVI1.0 标准 ，如上图中标号 12 所示。

2.3 扩展接口

2.3.1 电源接口

• BeagleBone 需要的操作电压是 5V，操作电流是 500mA 的直流。现在绝大多数使用 2.1mm 内孔径插头的 5V-DC 适配器都可以用来驱动 BeagleBone。电源接口如上图中标号 1 所示。

2.3.2 Ethernet 端口

• 如上图中标号 2 所示，这是一个标准的RJ45 Ethernet接口，它可以方便你的项目接入因特网。你可以直接将它连接到路由器，也可以将它连接到电脑来分享Wifi网络。

2.3.3 板载 LED

• 在电源接口的旁边，有一个 LED 用来指示板子是否供电，除此之外，在重置按钮的旁边还有 4 个 LED 可以被用户编程，如上图中标号 3 所示。
  · USER0 在启动后以心跳灯的形式闪烁
  · USER1 在启动后当读写微型 SD 卡时亮起
  · USER2 在启动后当 CPU 进行操作时亮起
  · USER3 在启动后当读写 eMMC 时亮起

2.3.4 复位按钮

• 复位按钮用来重启板子，如上图中标号 4 所示。最合理的方式是在操作系统中触发重启操作，采用硬件重启可能会损坏正在处理的文件。当然，如果你的系统已经无法响应软件命令，则只能通过复位按钮触发重启了。

2.3.5 扩展I/O 口

• 如上图中标号 8 所示，这两个扩展口被标记为 P8 和 P9，他们允许你将 Beaglebone集成到你的项目中去，这些扩展口可以被配置为许多种不同的用途。
  

2.3.6 串行接口 J1

• BeagleBone 可以通过串行输出来访问终端，串行接口如图中标号 10 所示。这种设计可以非常方便地连接 FTDI TTI-232 或面包板，这使得你可以通过USB使用基于文本的终端。

2.3.7 USB Host 端口

• BeagleBone Black 配备有一个 USB Host 端口，如图中标号 13 所示，它同普通电脑上的 USB Host 端口的功能一致，这使得你可以方便地将鼠标、键盘或者 WiFi适配器连接到 BeagleBone。如果你觉得 1 个 USB 口不够用，也可以使用 USB HUB 进行扩展。

2.3.8 Boot 开关

• 在启动 BeagleBone Black 的过程中，按住 Boot 开关可以命令硬件从 MicroSD卡启动，而不是板载闪存。Boot 按钮也可以用来更新 Linux 系统，如图中标号 14 所示。

2.3.9 Mini USB 接口

• 如图中标号 15 所示，Mini USB 口可以将 BeagleBone 作为一个设备接入你的电脑。电脑不但可以通过这个 Mini USB 口为板子供电，而且可以通过它与板子通讯。你也可以通过这个端口访问存储在板子中的参考信息，当你将它连接到电脑后，它将作为一个存储设备出现，如下图所示。
  

2.3.10 MicroSD 卡槽

• 如图中标号 16 所示，BeagleBone并没有像电脑一样配备硬盘而是使用 Micro SD 充当硬盘来存储操作系统、程序和个人数据。在 BeagleBone Black 上，操作系统存储在板载 eMMC 闪存上（图中标号 7），在需要的时候可以使用 MicroSD卡来更新系统。

2.3.11 Micro HDMI 接口

• 如图中标号 17 所示，Micro HDMI 端口用来将 BeagleBone Black 连接到一个使用 Micro HDMI 端口的监视器或者电视机。如果你的电视机或者监视器使用 VGA接口，那么可以使用 Micro HDMI 转 VGA 适配器转换信号。

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三、本文参考

• [1] BeagleBone 官网 关于 BeagleBone Black 的相关介绍与说明。
• [2] 英蓓特科技有限公司 关于 BeagleBone Black 的相关文档。
• [3] 大学霸网站 关于 BeagleBone Black 的相关文档的试读部分。