(Bild: 4D Systems)
Eckdaten
Das Einrichten des Beaglebone Black und des LCD-Capes von 4D Systems ist sehr einfach, sodass Entwickler schnell mit ihrer Arbeit beginnen können. Es ist praktisch, dass die Display-Overlays in der neuesten Beagle-Bone-Debian-Distribution zur Verfügung stehen. Der Artikel beschreibt die einzelnen Schritte.
Das Beaglebone Black ist eine kostengünstige, Community-gestützte Entwicklungsplattform. Sie ist in vielerlei Hinsicht dem Raspberry Pi ähnlich, bietet aber mehr Leistungsfähigkeit pro Dollar. Entwickler können mit den als Open-Source-Alternativen konzipierten Boards ihr Design erstellen und mit der gleichen Hardware auf eigenen kundenspezifischen Systemen weiterentwickeln. Alle Stromlaufpläne, Layout-Dateien und Stücklisten sind frei verfügbar.
Das Board basiert auf dem Sitara-AM335x-SoC von Texas Instruments mit einem Cortex-A8-Prozessor von ARM. Betrieben wird der Prozessor-Core mit 1 GHz Taktfrequenz, er verfügt über den Grafik-Core PowerVR SGX 530 und ist mit einem bis zu 512 MByte stromsparenden DDR3L-Speicher (400 MHz) verbunden. Zur Peripherie zählen bis zu 65 GPIOs, ein USB-2.0-Port, eine 10/100-Ethernet-Buchse, ein Micro-SD-Steckplatz für mehr Speicher und ein Mini-HDMI-Anschluss.
Stapelbare Tochterboards
Bild 1: Webserver-Schnittstelle auf dem Beaglebone Black. 4D Systems
Bild 3: Rückseite des 4,3-Zoll-LCD-Displays von 4D Systems. 4D Systems
Die Beaglebones nutzen stapelbare Tochterboards. Mit diesen als Capes bezeichneten Tochterboards lassen sich eine Vielzahl Community-basierter Entwicklungsboards anschließen, die Funktionen wie LCD, Motortreiber, Mobilfunkmodem und GPS-/GPRS-Modul hinzufügen. Ein Beispiel für LCDs, die speziell für das Beaglebone Black entwickelt wurden, ist die GEN4-4DCAPE-Serie von 4D Systems. Das Sortiment umfasst 4,3-; 5- oder 7-Zoll-Primäranzeigen für die direkte Benutzerinteraktion und Informationsanzeige.
Diese Anzeigen sind sowohl mit resistiver Touch- (GEN4-4DCAPE-xxT), kapazitiver Touch- (GEN4-4DCAPE-xxCT) und Non-Touch-Funktion (GEN4-4DCAPE-xx) erhältlich, wobei xx für 43, 50 und 70 (als Größe) steht. Ein optionales externes Board mit Tasten ist für Aktionen wie oben, unten, links, rechts, Enter/Return, Power und Reset oder nach Bedarf des Nutzers erhältlich.
Das kapazitive Touch-Display wird mit einem Rahmen ausgeliefert, in dem eine Glasfront mit überhängenden Kanten befestigt ist, sodass das Display mit Spezialkleber auf dem überhängenden Glas direkt in ein Panel montiert werden kann.
Um das Beaglebone Black mit dem LCD-Cape von 4D Systems auszustatten, sind folgende Komponenten erforderlich:
- Beaglebone Black
- 4,3-Zoll-LCD von 4D Systems
- 4,3-Zoll-Cape-Adapter von 4D Systems
- 4-GByte-Micro-SD-Card
- USB-zu-Micro-SD-Card-Adapter
- 5V-/2A-Stromversorgung
- Mini-USB-zu-USB-Kabel
- Kombination aus drahtloser Tastatur und Maus (optional)
- RJ45-Ethernet-Kabel (optional)
Eines der attraktivsten Leistungsmerkmale des Beaglebone ist die Bandbreite der Anschlüsse. Mit nur einem Mini-USB-Kabel kann das Board mit Strom versorgt und eine serielle Schnittstelle wie Putty.exe oder Terraterm verwendet werden, um sich an der Befehlszeile anzumelden. Der Standardbenutzername ist „debian“, das Passwort lautet „temppwd“.
Alternativ registriert sich das Beaglebone als USB-Device auf dem Host-Rechner, sobald die korrekten USB-Netzwerk-Treiber installiert sind. Der Anwender kann sich dann über die auf dem Board befindliche Web-Server-Schnittstelle am Beaglebone anmelden (Chrome oder Firefox; Internet Explorer wird nicht unterstützt) – unter http: //192/168.7.2 (Bild 1). Mit dieser Web-Server-Schnittstelle ist es möglich, Skripts in Bone-Script in die Cloud9-IDE zu schreiben. Es handelt sich hierbei um eine für die Beagle-Familie optimierte Node.js-Bibliothek. Dabei kommen vertraute Arduino-Funktionsaufrufe zum Einsatz.
Das LCD-Cape von 4D Systems wird im ausgeschalteten Zustand über den 4D-Cape-Adapter mit dem Beaglebone Black verbunden. Wichtig ist die richtige Ausrichtung, um keine Anschlüsse zu verbiegen, da sonst das Cape beschädigt wird. Anschließend wird ein Ende des mitgelieferten 30-fach FFC-Kabels an das 4DCAPE-Display angeschlossen. Das freiliegende Metall sollte nach oben zeigen und die blaue Versteifung sollte der Platine gegenüberliegen (Bild 2).
Anschließend wird das andere Ende des FFC-Kabels mit der Adapterplatine verbunden. Dabei müssen die freiliegenden Metallpads wie in Bild 3 zu sehen ist, nach oben gerichtet sein. Werden noch andere Capes angeschlossen, dürfen keine Probleme beim Anschluss der verschiedenen Capes auftreten. Dies lässt sich anhand der Beaglebone-Schaltpläne sicherstellen. Bild 3 zeigt ein EEPROM auf der Rückseite des LCD-Capes, das über eine wählbare I2C-Adresse über DIP-Schalter verfügt. Damit lassen sich I2C-Adress-Konflikte mit anderen angeschlossenen I2C-Einrichtungen lösen.
Auf dem Beaglebone befindet sich bereits Debian 3.8.13 im integrierten 4 GByte eMMC NAND Flash, das leider nicht die richtigen Treiber oder Overlays für dieses Display enthält. Zwar ließe sich die Linux-Distribution aktualisieren, allerdings ist dieser Vorgang zeitaufwendig. Die schnellste Lösung um die neueste Version von Debian auf eine 4 GByte Micro-SD-Card (derzeit 4.4.54) zu laden, bietet das Tutorial unter http://beagleboard.org/getting-started#update. Der Download der Debian-Linux-Distribution kann 30 Minuten oder länger dauern und das Schreiben auf die Micro-SD-Card nimmt weitere 20 Minuten in Anspruch. Andere Linux-Distributionen wie Angstrom und Android unterstützen ebenfalls das 4DCAPE, erfordern aber noch mehr Aufwand.
Die nächste Seite befasst sich mit der erforderlichen externen Stromversorgung
Bild 4: Beaglebone Black Peripherie- und Tastenanordnung. 4D Systems
Die Micro-SD-Karte wird in den Halter auf der Unterseite des ausgeschalteten Beaglebone eingesetzt. Bei gerdrückter BOOT-Taste (Bild 4) wird der 5-VDC-Stecker angeschlossen. Zwar ist die BOOT-Taste etwas schwer zugänglich wenn das 4DCAPE angeschlossen ist, aber mit einem kleinen Schraubenzieher lässt sich dieses Problem beheben. Das 4DCAPE benötigt viel Strom. Für das GEN4-4DCAPE-43CT sind 620 mA typisch. Dies ist weit mehr, als jeder USB-Port bieten kann. Aus diesem Grund ist eine externe Stromversorgung mit 5 V/2 A erforderlich. Der USB-Anschluss versorgt das 4D-Cape nicht mit Strom, es sei denn, der Lötbrücken-Jumper auf der Oberseite der 4DCAPE-Adapterplatine wird unterbrochen und wieder aufgelötet.
Nach ein bis zwei Minuten sollte der Bildschirm weiß blinken, dann ist ein blinkender Cursor oben rechts zu sehen. Nun kann das Mini-USB-Kabel am eingeschalteten Beaglebone-Board und das andere Ende am Computer angeschlossen werden. Eine serielle Sitzung wird mit Putty.exe oder Terraterm gestartet mit den folgenden Einstellungen: 115200, 8, N, 1. Der Standardbenutzername lautet „debian“, das Passwort „temppwd“. Zu beachten gilt, dass es bei angeschlossenem LCD nicht möglich ist, auf die Webserver-Schnittstelle zuzugreifen.
Auf der nächsten Seite wird beschrieben wie die grafische Benutzeroberfläche aktiviert wird
Bild 5: Qupzilla Webbrowser auf dem 4,3-Zoll-LCD von 4D Systems. 4D Systems
Da der kapazitive Touchscreen nicht in der Kommandozeile funktioniert, ist es sinnvoll, die grafische Benutzeroberfläche zu verwenden. Um die grafische Oberfläche zu aktivieren, sind einige kleine Modifikationen in der Datei /boot/uEnv.txt erforderlich. Vi, Vim und Nano sind Linux-Kommandozeilen-Text-Editoren, die zum Bearbeiten dieser Datei verwendet werden können. Hilfreich ist die Anleitung für den Kommandozeilen-Texteditor, Nano: https://www.howtogeek.com/howto/42980/the-beginners-guide-to-nano-the-linux-command-line-text-editor/
Der folgende Befehl öffnet die zu bearbeitende Datei:
sudo nano /boot/uEnv.txt
Es ist empfehlenswert, vor dem Bearbeiten von Dateien, eine Sicherung der Datei zu erstellen. Dies geschieht über den folgenden Befehl.
sudo cp /boot/uEnv.txt /boot/uEnv-Backup.txt
In der Datei uEnv.txt müssen die folgenden Zeilen gefunden und in die nachfolgenden Zeilen geändert werden. Dadurch wird die HDMI-Schnittstelle deaktiviert, die mit einigen der Anschlüsse zum LCD-Cape in Konflikt steht.
##Beaglebone Black/Green dtb‘s for v4.1.x (BeagleBone White just works.)
##Beaglebone Black: HDMI (Audio/Video) disabled:
dtb=am335x-boneblack-emmc-overlay.dtb
##Beaglebone Black: eMMC disabled:
dtb=am335x-boneblack-hdmi-overlay.dtb
##Beaglebone Black: HDMI Audio/eMMC disabled:
dtb=am335x-boneblack-nhdmi-overlay.dtb
##Beaglebone Black: HDMI (Audio/Video)/eMMC disabled:
dtb=am335x-boneblack-overlay.dtb
##Beaglebone Black: wl1835
#dtb=am335x-boneblack-wl1835mod.dtb
##Beaglebone Black: replicape
#dtb=am335x-boneblack-replicape.dtb
##Beaglebone Green: eMMC disabled
dtb=am335x-bonegreen-overlay.dtb
Sobald die Änderungen vorgenommen wurden, wird die Datei gespeichert und das System neu gestartet: shutdown -r now
Der Neustart kann einige Minuten in Anspruch nehmen. Alternativ ist es möglich, die Reset-Taste auf der Platine zu drücken. Der Bildschirm sollte nun in die grafische Benutzerschnittstelle Openbox booten beziehungsweise übergehen. Tastatur und Maus sind sinnvoll, um problemlos mit der Schnittstelle interagieren zu können. Unbedingt erforderlich sind sie jedoch nicht. Da es nur einen USB-2.0-Anschluss gibt, ist entweder eine Kombination aus drahtloser Tastatur und Maus oder ein USB-Hub erforderlich. Um einen Internet-Zugang über Qupzilla oder Chronicum zu ermöglichen, muss ein Ethernet-Kabel an einen DHCP-fähigen Netzwerk-Router angeschlossen werden. Bild 5 zeigt den Qupzilla-Webbrowser auf dem 4,3-Zoll-LCD. Aufgrund der Größe des Bildschirms zeigen einige der Programme nur einen Teil des Fensters.
Das Einrichten von Beagle Bone Black und LCD-Cape von 4D Systems ist sehr einfach. Der gesamte Aufbau sollte weniger als 90 Minuten dauern, inklusive der Downloadzeiten. Sobald alles in Betrieb ist, sind zahlreiche Optionen über den Openbox-Fenstermanager verfügbar.
Markku Riihonen
(ah)
