从零开始 DIY 39元的Cortex-A8 荔枝派！直播连载帖发车~

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主要介绍A13主控芯片的基本特性，引脚分布情况，并进行初步的引脚复用功能选择。
（交流QQ群：573832310，上车口令：爱荔枝）

A13是全志在2012年推出的Cortex-A8内核的微处理器，采用55nm工艺，主要是面向平板电脑的解决方案，目前最高支持到安卓4.2。 下面简要摘抄翻译datasheet记录的特性，欢迎对下面特性的补充说明或吐槽~

　　ARM Cortex-A8内核，32KB ICache,32KB DCache, 256KB L2 Cache
　　无聊地和一些常用芯片做对比(～￣▽￣)～

2.GPU

　　Mali400, 支持Open GL ES 1.1/2.0 和open VG1.1

3.VPU

　　解码：支持 VP6/8,AVS,H.264,H.263, MPEG-1/2/4等，1920x1080@30fps
　　编码：支持H.264编码，1920x1080@30fps

4.图像输入输出

　　并行RGB接口，最大1024x600貌似?待后期测试。
　　 //R8还有一个CVBS(AV)输出,A13疑似也有（Pin99，可疑的NC）
　　摄像头接口CSI

5.存储

　　16位 DDR2/DDR3控制器，最高533MHz，最大512MB
　　8位Nand Flash控制器

6.外设

　　//注意以下有很多被复用的。。
　　USB2.0 OTGx1, USB2.0 Hostx1
　　SD3.0控制器x3，支持UHS-1,eMMC 4.3
　　UARTx4
　　SPIx3
　　I2Cx3
　　红外发射接收（CIR）
　　6bit LRADC （键盘）
　　电阻屏控制器，支持两点触摸
　　内置24bit音频编码器，支持双通道耳机和单通道mic
　　PWM控制器（屏幕背光）

7.系统

　　8通道普通DMA，8通道专用DMA
　　片上48KB SRAM（可以当单片机玩了，科科）
　　6个异步计数器，2个同步计数器，1个看门狗，1个AVS计数器
　　支持一些硬件加密算法DES/3DES/AES,摘要算法SHA-1，MD5
　　128-bit芯片ID

8.封装

　　eLQFP176, 喜闻乐见少数可以手焊的cortex-a芯片
　　但是尺寸达到了22mm见方。。

9.系统功能框图

　　如下是典型应用框图

二.A13引脚分布

为方便查找引脚，我将A13的引脚整理到xls里，可以从下面链接里下载查阅。
https://github.com/Zepan/ilichee/raw/master/%E8%B5%84%E6%BA%90%E6%96%87%E4%BB%B6/A13%E5%BC%95%E8%84%9A%E6%95%B4%E7%90%86.xlsx

直观起见，我直接在原理图上标出了引脚功能分布图（其中'/'表示复用）
这样看起来是不是感觉很清晰了呢？

在这里主要确定下启动存储接口：
　　虽然A13芯片硬件支持从SDC0/2,Nand,SPI0,USB启动，但实际上在SDK里支持得比较好的启动方式是SDC0和Nand，其它方式启动将需要修改大量文件，所以选定SDC0作为启动存储接口。

确认了启动接口后，初步的功能引脚分配就出来了：

荔枝板初步功能引脚分配[td]

功能	端口引脚	备注
SDC0	PF0~5	系统启动接口，SD卡启动
SDC2	PC6~11	第二SD卡(四线)接口
USB0	-	USB OTG，可USB升级固件
USB1	-	USB Host，拟接wifi/BT模块
RGB LCD	PD2~27	接RGB LCD显示屏
CSI/SPI2	PE0~11	主功能摄像头接口，不接时可使用SPI2
SPI0	PC0~3	-
SPI1/UART3	PG9~12	带CTS/RTS的UART3和SPI1复用
UART1	PG3~4	默认的系统调试信息输出口
I2C0	PB0~1	默认接PMU
I2C1	PB15~16	-
I2C2	PB17~18	-
IR_TX/RX	PB3~4	红外发射、接收口
PWM	PB2	默认LCD背光控制
HeadPhone,Mic	-	耳机，麦克音频接口
TPX/Y	-	触摸屏接口
LRADC	-	低精度ADC，用于键盘输入
TV_OUT	Pin99	疑似CVBS输出
GPIO	PC4~5,PC12~15,PG0~2	约9个剩余IO

现在已经对A13功能引脚有了初步的认识，下面就可以逐个按照功能模块画原理图啦!

我使用的画板工具是比较简单易上手的altium designer 2016（试用版），虽然在高速电路设计时AD可能不太严谨，但对于1GHz以内的简单板子，AD还是绰绰有余的。 另外，AD16新增的一些特性对于DDR等高速布线很有帮助。

这里首先对整个板子的上层结构进行一下规划：

荔枝板上层原理图规划

如上图所示，整个板子将大致分为4张原理图，CPU，电源，存储，多媒体。

下节将先从电源部分开始画原理图，介绍A13专用PMU芯片AXP209的使用。

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主要介绍A13的电源引脚，及配套的电源芯片AXP209的使用。 （交流QQ群：573832310，上车口令：爱荔枝）

这里我们先找A13的主要电源引脚，也就是datasheet中标识为Power的引脚，用excel筛选下可得：

简单说下各电源的用处

查阅手册可知它们的参考范围：

把板子上所有的电源按电压分类：

可见板子上需要的电压种类比较多，如何生成、管理这些电源是个问题。

AXP209 是专为全志A10/13/20等主控配备的电源管理芯片（PMU），管脚如下图所示：

具体功能可以查看它的datasheet，简而言之，它提供以下功能：

充分利用AXP209的电源接口，设计电源树如下：

最终还是基本按照官方设计来的，使用了很多外置DCDC。

从原理图上按顺序(U字形)分析各个引脚：
1. TS：温度传感引脚，可以接热敏电阻，不用时接普通100欧电阻
2. PS，ACIN，VBUS 分别是IPSOUT输出，DC输入，u*** otg的电源输入，如果没有DC输入，则直接短接它和USB_VBUS
3. EP就是底部散热焊盘
4. CHGLED是充电指示，BACKUP可以接后备电池
5. VINT是内部2.5V逻辑电压，可以用来设置LDO，DCDC的开机默认电压
6. 中间一堆稳压滤波电容保证内部参考电压稳定
7. EXTEN用来管理外部DCDC芯片的使能
8. POWERON 开机键，动作逻辑见datasheet
9. SCK/SDA，AXP209通过TWI0来被A13管理
10. A13的NMI接AXP209的中断引脚IRQ（电源中断优先级相对最高的），A13的RST引脚接PWROK，即AXP209完成电源系统的启动后 启动A13
11. 往上就是一堆LDO的稳压电容
12. 再往上是3路DCDC的外部电路，都是BUCK降压型DCDC ，参数使用datasheet推荐的参数。
13. DCDC1是锂电池管理部分，其中采样电阻30毫欧，一般封装在0805以上。

3.3V输出和1.5V输出均是buck降压电路，5V输出为boost升压电路，按典型应用电路设计即可。

背光电路使用PT4103,可支持2~8颗 LED串联，典型20mA恒流驱动。
这里使用PB10作为使能，PB2的PWM作为调光。

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主要介绍A13的DRAM设计和存储设计 （交流QQ群：573832310，上车口令：爱荔枝）

A13的DRAM控制器支持DDR2和DDR3内存，最高支持到512MB地址空间,最高时钟频率533MHz（也即DDR1066）。 支持到16bit的DDR2和DDR3,然而实际在支持列表里只有8bit 256MB 的DDR3支持：

如果使用8bit 256MB的DDR3内存，那么需要两片DDR来组512MB内存，需要使用T型或fly-by拓扑layout，增加了PCB的复杂度，
所以在这里冒一点软件上的技术风险，设计使用一片 256M*16bit的DDR3作为内存，这样就可能需要修改boot0的DDR初始化部分代码了。

DDR3内存颗粒在高性能的Cortex-A系列芯片里比较常用，常用速率有800，1066，1333，1600等。 DDR3同DDR2一样，可以在时钟的上下沿传递数据，所以实际的时钟频率是400/533/666/800等。 DDR3相对DDR2加入了很多新特性，这里就不赘述，可以参见： http://blog.csdn.net/shanghaiqianlun/article/details/6976804

DDR3的连接如下图，引脚主要可分为电源引脚和信号引脚

• VDDQ，VSSQ 数据线的电源供应，1.35/1.5V兼容
• VDD，VSS 芯片电源供应，1.35/1.5V兼容
• VREFCA，VREFDQ 分别是CA和DQ的参考电压，为VDD/2,单片DDR芯片可以直接由精密电阻分压获得参考电压，多片DDR则需要专用参考电压生成芯片。
• ZQ DDR3新增的脚，在这个引脚上接有240欧姆的精密参考电阻，可以通过片上校准引擎（On-Die Calibration Engine，ODCE）来自动校验数据输出驱动器导通电阻与ODT的终端电阻值。
  

• 数据线组 每组数据线间控制等长，以DQS,DQSN为参照
  • DQ0~7,DQS0,DQS0N,DM0;
  • DQ8~15,DQS1,DQS1N,DM1;
    
• 地址线组
  
  • A0~A15
  • BA0~BA2 bank地址
    
• 时钟线组
  • CLK和CLKN ，建议外部串接20~30欧电阻
    
• 控制线组
  • CS#，片选，低有效
  • ODT，On Die Termination，可以省去外接终端电阻
  • RAS#，CAS#，WE#，命令输入
    
  
  

A13的SD控制器 支持SD1.0~3.0,MMC3.3~4.3，最高可以支持到UHS-1(带宽104MB/s，即时钟速率208MHZ)
A13有两个SD接口，SDC0 和SDC2
其中SDC0是boot流程中的首选接口，与UART0复用
SDC2也是boot接口之一，与Nand接口复用，SDC2是8bit的SD接口，可以连接EMMC。

不过由于eMMc芯片的封装较为精密，所以本次DIY不会使用。
而Nand封装虽然常用，但是Nand的价格仍然较tf卡贵很多，所以也不使用。
而TF卡既便宜，烧写方式也比nand什么的简单，还可以说是家中常备的，所以本次DIY使用的系统存储介质就选用TF卡。

TF卡的原理图比较简单，如上图所示，主要是4线数据线，时钟线和命令线。
除了时钟线之外的信号线需要加上上拉电阻保证信号稳定。
这里使用的自弹式tf卡槽还有个tf检测引脚，这里暂不连接。

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主要介绍A13的LCD接口，摄像头接口，音频接口，TV，以及USB Host，OTG接口。
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上图是A13的LCD/TV控制器框图，可见在其内部是支持LCD，LVDS，和CVBS的
然而实际的引脚中只有LCD接口被明确标识，还有一个疑似CVBS输出引脚的NC引脚Pin99（该引脚在R8芯片中为TV输出）。
所以在设计中引出LCD接口，TV接口也预留引出，待测试是否可用。

A13支持多种LCD接口：
1. RGB接口
1. 并行
2. 串行
3. CCIR656
2. CPU/I80接口
1. 并行RGB666
2. 并行RGB565
3. 串行RGB666
4. 串行RGB565

在设计时考虑到LCD屏幕购买的便捷性，选用最通用的40P 并行RGB LCD屏幕。

如上图所示，通用40P LCD自带 led背光 和 四线电阻触摸，非常适合显示及交互。
A13也是支持四线电阻触摸功能的，可以进行两点触摸检测。

4.3寸 RGB屏幕和 OV7670摄像头模组

考虑到有些应用需要使用显示器，所以额外设计了LCD转VGA的转接小板： GM7123 是一款频率 330MHz 的 3 通道 10 位高速视频 DAC 芯片，
兼容 RS-343A/RS-170标准差分输出，输出电流范围是 2mA～26mA。
输入兼容 TTL 电平，内部基准 1.23V，单电源 3.3V 供电，采用 LQFP48 封装。
该芯片可应用于：数字视频系统（ 1600×1200@100Hz）；高分辨率彩色图像；数字射频调制；图像处理；仪器和视频信号重建等。

简单来说，GM7123就是吧数字化的RGB数据转成了VGA信号里模拟的RGB信号，是一个高速DAC转换器。
对于分辨率不高，色深较浅的应用，甚至可以使用电阻分压来完成RGB LCD转VGA信号。

A13的CMOS Sensor Interface（CSI）支持
1. 8位输入数据
2. NTSC/PAL的CCIR656
3. 解析数据到RGB或YCbCr平面
4. etc.

这里选择了常用的 OV7670摄像头模组 （30W像素）的引脚定义，
该引脚定义也 适用于高分辨率的OV2640模组（200W像素）等，只是核心电压有差别，可以通过调整PMU的LDO输出电压来适配。

A13自带立体声音频编码解码器 以及 耳机功放，具有以下特性：
1. 内置24位DAC
2. 内置24位ADC录音
3. 支持48K,44.1K采样
4. 支持192K，96K解码
5. 立体声耳机功放支持无电容的耳机模式

A13的疑似存在的TV接口部分，直接照搬A20的设计，就是一个简易的CVBS视频信号滤波器。
麦克信号与TV信号通过一个选择电阻来选通。
耳机座的连线使用常用的4段耳机插头的线序。

USB OTG接口既可以连接到电脑来取电，又可以连接一些外设来扩展功能。
为了防止作为主机使用时外部取电过大，造成电源损坏，所以在USB_VBUS和5V电源间加SY6280来限流保护

为了方便荔枝板的网络通信，这里占用USB HOST口来连接wifi/BT模块；需要接u***外设的可以考虑使用otg口来接外设。
同时也留下了USB母口的封装复用，需要外接hub的可以选择焊接USB母口。

LRADC的按键接口，A13的LRADC为6bit精度，可以如下图级联扩展多个按键。
下图的按键兼具开机BOOT选择（开机按下进入FEL更新程序），和安卓HOME键功能。

应网友要求，增加了RGB LED方便指示工作状态。

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主要介绍A13的一些低速外设脚的引出
（交流QQ群：573832310，上车口令：爱荔枝）

连接了前面的那些主要接口后，还剩余以下这些接口，通过2.54双排针引出

• I2C: 支持10bit地址，400Kbps
• SPI: 8*64 Byte FIFO, 主从可设置
• UART：64 Byte FIFO，支持5~8数据位，可选校验位，1，1.5，2停止位
• CIR： 双向8*16bit FIFO，支持常用红外遥控协议
  

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主要介绍荔枝板的PCB参数，以及初步布局
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由于是个人DIY项目，资金不是很充裕，所以只能选择一些默认的工艺，和低价便捷的板厂，兴森快捷什么的就不用考虑了哈。

个人最常用的打样板厂是 嘉立创，
优点

• 速度快，价格低，广东省内包邮
• 可在线下单，甚至有配套APP
• 可同时购买钢网，元件
• 今年（2016）上线了低价样板贴片服务
  

缺点

• 工艺精度不高，最小6/6mil线宽线距，12/24mil过孔，基本做不了BGA
  

嘉立创的生产工艺不高，所以也就是平常打些简单的样板比较合适，相对来说包邮挺划算O(∩_∩)O~

由于荔枝板里使用了FBGA96的DDR3芯片，焊盘大小0.4mm(16mil)，焊盘间距0.8mm, 所以嘉立创的工艺是无法走通的，这时候就用到备选的PCB板厂华强PCB 优点

• 速度快，价格低
• 可在线下单
• 工艺精度高，最高可达3/3mil线宽线距，8/16mil过孔
  

缺点

• 在订单高峰期 交货速度可能比较慢
• 不包邮
  

虽然华强PCB的制程精度高，但是额外的精度也是要钱的，所以这里来确定我们所需的最低的PCB精度要求。
主要是FBGA96的焊盘对过孔的要求比较高，实测后发现，使用10/18mil的过孔 搭配 5mil的走线可以扇出FBGA96.

然后就是PCB层叠结构。层叠结构主要影响到走线阻抗，但是由于做阻抗的收费太高（500起），所以就选用了默认的层叠结构：

最终确认的PCB参数如下：

以下是大致的PCB布局设计，但实际上布局是很难一开始就确定的（特别是走线层数少的时候），布局往往是边布线边修改的，和一开始设想的布局相差很大，它是比较方便走线的一个布局。

最终的3d效果图如下：
正面

反面