Raspberry Pi M.2 HAT+

Raspberry Pi M.2 HAT+ umožňuje připojit periferní zařízení M.2, jako jsou např. NVMe disky a AI akcelerátory, k počítačům Raspberry Pi 5 pomocí PCIe 2.0 rozhraní s rychlým přenosem dat až 500 MB/s.

Když byl minipočítač Raspberry Pi 5 v září minulého roku uveden na trh, jeho deska obsahovala jednu novou parádní vychytávku. Tou teď nemyslíme tlačítko napájení přímo na desce ani baterii hodin reálného času (RTC). Mluvíme o konektoru PCI Express (PCIe), který dramaticky rozšiřuje jeho možnosti. Malý 16pinový FFC (flexible flat cable) konektor umístěný na levé straně desky, kde se na starších modelech Raspberry Pi nacházel slot pro MIPI displej, nyní obsahuje jednolinkovou sběrnici PCIe 2.0 (pár vodičů pro vysílání, pár pro přijímání a pár pro synchronizaci dat s přenosovou rychlostí až 500 MB/s).

Zároveň s uvedením Raspberry Pi 5 na trh jsme také představili prototyp desky HAT+ (Hardware Attached on Top), která dokázala propojit pomocí konektoru FFC a technologie M.2 M-key NVMe disky a mnoho dalších malých zařízení vybavených konektory PCIe. Po několika revizích, zjednodušeních a mnoha testech se někdejší prototyp vyvinul do současné podoby.

Vývoj špičkových produktů vyžaduje čas

Uvedení nové generace počítačů Raspberry Pi 5 na trh si vyžádalo obrovské úsilí celého inženýrského týmu Raspberry Pi. Pětka byla zvláště složitý (a drahý!) projekt, ze kterého vzešly tři nové vlastní čipy (aplikační procesor Broadcom BCM2712, PMIC Dialog/Renesas DA9091 a náš vlastní I/O kontrolér RP1), nové výrobní procesy (např. pájení průchozích součástek metodou reflow nebo separace desek frézováním) a zcela přepracovaný systém výrobního testování.

I když bychom rádi uvedli M.2 HAT+ současně s premiérou Raspberry Pi 5, rozhodli jsme se nespěchat. V té době totiž ještě stále zůstávalo několik nevyřešených otázek, zejména ohledně dvou „rezervních“ pinů na 16pinovém konektoru FFC. Ačkoliv tyto piny v našich prvních prototypech přenášely signály I2C, nakonec specifikace konektoru PCIe Raspberry Pi přiřadila těmto pinům jiné, pevné funkce: jeden umožňuje napájení zařízení, druhý slouží jako nosič signálu pro detekci desky a její probuzení.

V neposlední řadě jsme se chtěli ujistit, že náš produkt je opravdu „originální příslušenství“ HAT+, což znamená, že jsme museli vyřešit několik posledních problémů ve specifikacích. Díky tomu, že technologie vyvinuté v Raspberry Pi, jako je např. náš 40pinový GPIO konektor a 3pinový debug konektor, které se staly de facto průmyslovým standardem, máme velkou odpovědnost za to, že můžeme vypustit do světa jen taková zařízení, která budou fungovat správně a na první pokus.

Kompatibilní s celou řadou doplňků

Důležitou součástí vývoje bylo i testování bezchybné spolupráce HAT+ se širokou škálou NVMe disků a dalších periferií, a hledání příčin nalezených problémů. V jednom případě jsme např. spolupracovali přímo s výrobcem disků na opravě firmwaru, která vyřešila problém s časováním spuštění. Tato chyba bránila řadiči PCIe uvnitř BCM2712 v rozpoznání disku.

Nějaký čas taky zabralo napsat firmware, naplánovat výrobní procesy, zajistit dodávky materiálu a vybudovat testovací systémy potřebné k výrobě desítek tisíc jednotek HAT+ měsíčně. To vše je teď hotovo a jsme rádi, že můžeme náš nový produkt uvést na trh. Pokud obsahuje Raspberry Pi 5 aktuální firmware a připojenou desku M.2 HAT+, nainstalované zařízení PCIe bude při zapnutí automaticky otestováno a NVMe disk, bude dostupný jako zdroj pro bootování.

Schémata a technické výkresy

Příjemným vedlejším efektem pozdějšího uvedení M.2 HAT+ na trh je množství zařízení vyvinutých třetími stranami, jako je např. NVMe Base od našich přátel z Pimoroni. Jelikož bychom rádi podpořili vývoj dalšího kvalitního PCIe příslušenství pro Raspberry Pi 5, předkládáme s uvedením na trh zároveň i technické výkresy a schémata zapojení našeho zařízení.

Článek vytvořen na základě oficiální tiskové zprávy Raspberry Pi.