Il Raspberry Pi Compute Module 4 (CM4) è uno strumento potente e versatile, ideale per applicazioni embedded e IoT. Tuttavia, la sua configurazione iniziale, soprattutto quando viene utilizzato in combinazione con una scheda carrier come l’ochin v2, può sembrare complicata. Questa guida ti accompagnerà passo dopo passo nel processo di collegamento, alimentazione e flashing del CM4, con particolare attenzione alle connessioni di alimentazione e USB. Seguendo questi passaggi, potrai configurare il tuo sistema in modo efficiente e senza intoppi.

Per maggiori informazioni su questa scheda puoi leggere il mio articolo: Ochin V2 di Seeed Studio: la carrier board per Raspberry Pi CM4

Preparazione dell’alimentazione per la scheda Ochin v2 e Raspberry pi Compute Module 4

Una delle prime cose da considerare quando si utilizza la scheda ochin v2 è l’alimentazione. La scheda accetta tensioni di ingresso fino a 28V, ma è fondamentale utilizzare cavi con una sezione adeguata per evitare cadute di tensione che potrebbero compromettere il funzionamento del sistema.

• Importanza della scelta del cavo adeguato: Non si può alimentare la CM4 tramite il cavo usb type-C. È consigliato utilizzare cavi con una sezione non inferiore a AWG14. Questo evita cadute di tensione troppo elevate che potrebbero causare malfunzionamenti. Un cavo di sezione inferiore potrebbe non reggere la corrente necessaria, causando un surriscaldamento e potenziali danni al sistema.
• Saldatura dei cavi di aimentazione: I cavi di alimentazione vanno saldati su pad di rame che sono rinforzati da una matrice di 9 fori metallizzati. Questi fori aumentano la superficie conduttiva mettendo in contatto i 4 strati del PCB e offrono una maggiore resistenza meccanica. È importante assicurarsi che lo stagno della saldatura attraversi i fori e raggiunga lo strato inferiore del PCB, creando un blocco meccanico che previene il distacco dei pad in caso di urti o incidenti.
• Assicurare una corretta tensione e corrente: La scheda è in grado di fornire fino a 8A di corrente a 5V. Per garantire un funzionamento stabile, è essenziale che l’alimentazione sia in grado di soddisfare questa richiesta, evitando sbalzi o interruzioni che potrebbero compromettere il funzionamento del CM4.
• Consiglio da parte di Moreware: se non sai quale saldatore utilizzare o acquistare noi di Moreware in passato abbiamo scritto un articolo a riguardo (Guida all’acquisto del saldatore a penna)

Comprendere le connessioni USB sulla scheda ochin v2

Le connessioni USB sono un altro aspetto critico da considerare quando si lavora con il Raspberry Pi CM4 e la scheda ochin v2. Dato che l’interfaccia USB2.0 del CM4 è condivisa con il connettore USB Type-C per il flashing, è importante configurare correttamente queste connessioni.

• La criticità delle connessioni USB: Le connessioni USB operano a velocità elevate, fino a 480Mbps per USB2.0, il che rende cruciale l’uso di cavi appropriati che mantengano l’impedenza corretta per evitare riflessioni e perdite di segnale. Non tutti i cavi possono essere utilizzati: quelli per USB richiedono una torsione specifica dei fili e un isolamento di qualità per mantenere le caratteristiche elettriche corrette.
• Scelta dei cavi USB giusti: La scheda ochin v2 utilizza connettori SM04B-GHS per risparmiare spazio. Questo significa che non è possibile collegare dispositivi USB con i cavi standard direttamente alla scheda. È consigliato tagliare un cavo USB schermato e sostituire uno dei connettori con il GHS, assicurandosi che i fili siano il più corti possibile per mantenere l’impedenza corretta.
• Gestione delle Porte USB sul Modulo CM4: Il modulo CM4 è dotato di un’unica interfaccia USB2.0. La scheda ochin v2 la espande con un HUB 4xUSB2.0, che rende disponibili quattro porte USB tramite i connettori SM04B-GHS. Tuttavia, è importante notare che queste porte USB non funzioneranno mentre la scheda è collegata al computer tramite il connettore USB Type-C per il flashing del modulo. Questo perché il VBus fornito dal computer commuta l’USB dall’HUB alla porta Type-C per consentire il flashing.
• Consiglio da parte di Moreware: per evitare di buttare via tastiere, mouse o altri dispositivi USB consigliamo l’acquisto di un ingresso USB femmina come questo, in questo modo potrai collegare qualsiasi dispositivo usb alla CM4 tramite ochin v2.

Flashare il Raspberry Pi CM4 utilizzando la scheda ochin v2

Una volta configurate correttamente le connessioni di alimentazione e USB, è possibile procedere al flashing del sistema operativo sul modulo CM4. Questo processo richiede alcuni passaggi specifici per garantire che tutto funzioni correttamente.

• Processo di Flashing:
  1. Montaggio del CM4 sulla scheda: Posiziona con cura il modulo CM4 sulla scheda ochin v2, assicurandoti che i connettori siano allineati. Premi sui lati per bloccare il modulo in posizione.
  2. Collegamento al PC: Prima di collegare il cavo di alimentazione e il cavo usb type-C assicurati di tenere premuto il bottone S1 (vedi immagine step 3). In seguito collegare l’alimentazione e il cavo type-C alla scheda
  3. Avvio del Software di Flashing: Avvia il software ufficiale rpiboot (clicca qui per maggiori informazioni su rpiboot). Una volta che i driver sono caricati, dovresti vedere un nuovo dispositivo di memoria collegato. A questo punto, usa il Raspberry Pi Imager per flashare l’immagine del sistema operativo sulla memoria eMMC del CM4, proprio come faresti con una scheda microSD.
  4. Cosa fare dopo: Una volta flashato il sistema operativo sul cm4 puoi scollegare il cavo type-c e avviare per la prima volta il sistema operativo appena installato e utilizzare la scheda, si consiglia un primo avvio con mouse e tastiera.
• Problemi Comuni e Risoluzione: Se le porte USB non funzionano durante il flashing, ricorda che è normale finché la scheda è collegata al computer tramite USB Type-C. Dopo il flashing, assicurati di configurare il file config.txt sul CM4 per abilitare l’USB, aggiungendo la linea: dtoverlay=dwc2,dr_mode=host.

Interfacce aggiuntive e considerazioni

Oltre alle connessioni di alimentazione e USB, la scheda ochin v2 offre altre interfacce utili per collegare dispositivi esterni e telecamere.

• Utilizzo di altri connettori: La scheda è dotata di connettori SM06B-GHS e SM04B-GHS per interfacce come USART e USB. Inoltre, sono presenti due connettori FCC/FPC per collegare telecamere MIPI CSI-2, compatibili con l’interfaccia usata dal Raspberry Pi Zero (quindi attenzione se già possiedi una raspberry pi camera, perché potrebbe non avere il cavo di collegamento compatibile con la ochin v2).
• Connettività delle telecamere: Il connettore “camera 1” supporta telecamere MIPI CSI-2 a 4 corsie, mentre il connettore “camera 0” supporta telecamere a 2 corsie. Assicurati di collegare le telecamere correttamente seguendo le specifiche della scheda.
• Consiglio da parte di Moreware: se devi acquistare una raspberry pi camera compatibile noi di Moreware ti consigliamo il seguente kit, compatibile con l’ochin v2, ecco qui il kit di Freenove.

Cosa sono le corsie (Lanes) nel contesto delle telecamere MIPI CSI-2?

Le “corsie” (o “lanes” in inglese) nel contesto delle telecamere MIPI CSI-2 (Camera Serial Interface) si riferiscono ai canali di trasmissione dati tra la telecamera e il processore. Ogni corsia può trasferire un flusso di dati seriale ad alta velocità, e un’interfaccia con più corsie può trasmettere più dati contemporaneamente, aumentando così la larghezza di banda disponibile.

• Camera 1 (4 corsie): Questo connettore supporta telecamere che utilizzano fino a 4 corsie per la trasmissione dei dati. Con 4 corsie, è possibile ottenere una maggiore larghezza di banda, permettendo di trasmettere video a risoluzioni più elevate o con frame rate più elevati.
• Camera 0 (2 corsie): Questo connettore supporta telecamere che utilizzano fino a 2 corsie. Anche se la larghezza di banda è inferiore rispetto a quella con 4 corsie, è comunque sufficiente per molte applicazioni standard.

Interfaccia CSI (Camera Serial Interface)

L’interfaccia CSI utilizzata su queste telecamere è la stessa utilizzata sul Raspberry Pi Zero, che utilizza un connettore a 15 pin. Questo significa che le telecamere compatibili con il Raspberry Pi Zero possono essere collegate direttamente al CM4, utilizzando gli stessi connettori. Questo standardizzazione rende facile il passaggio da una piattaforma all’altra, garantendo compatibilità con un’ampia gamma di moduli telecamera.

Dissipazione del calore per il Raspberry Pi CM4

Il Raspberry Pi Compute Module 4 (CM4) viene venduto senza un dissipatore di calore preinstallato (ricordiamo che non viene venduto assieme alla scheda ochin v2), lasciando la gestione del calore a carico dell’utente. Dato che il CM4 può raggiungere temperature operative elevate, specialmente sotto carico intenso, è consigliabile installare un dissipatore di calore per prevenire il surriscaldamento e garantire prestazioni stabili.

• Dissipatore in Alluminio: Il dissipatore di calore in alluminio è una scelta popolare per il CM4. Questo tipo di dissipatore è facile da installare e offre una buona efficienza di raffreddamento per la maggior parte delle applicazioni. Assicurati che il dissipatore sia ben fissato al processore principale del CM4 con un’adeguata pasta termica per massimizzare il trasferimento di calore.

In ambienti o applicazioni dove il CM4 è sottoposto a carichi elevati per periodi prolungati, potrebbe essere necessario considerare soluzioni di raffreddamento più avanzate, come dissipatori di calore più grandi o con ventole integrate, per garantire che la temperatura del modulo rimanga entro limiti sicuri.

Eccone qui uno su waveshare.

Conclusione

Configurare e flashare il Raspberry Pi CM4 sulla scheda ochin v2 richiede una particolare attenzione ai dettagli, specialmente per quanto riguarda l’alimentazione e le connessioni USB. Seguendo questa guida passo passo, potrai configurare il tuo sistema in modo affidabile ed efficiente, pronto per supportare il tuo prossimo progetto embedded.

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