raspberry pi
我不时地怀念80年代末和90年代孩童时期玩的电子游戏。 尽管我的大多数旧计算机和游戏机已不复存在，但我的Raspberry Pi可以完成我的复古游戏修复。 我喜欢Raspbian中包含的简单游戏，开源的RetroPie项目帮助我将Raspberry Pi变成了先进的复古游戏机。
但是，为了获得更真实的体验（例如，回到过去），我需要一个游戏手柄。 市场上有很多USB游戏手柄和操纵杆的选择，但是作为开源发烧友，制造商和工程师，我更喜欢用艰辛的方式来做。 因此，我制作了自己的简单开源硬件游戏手柄，并将其命名为ANAVI Play pHAT 。 我使用EEPROM和为映射键而创建的devicetree二进制覆盖图将其设计为Raspberry Pi的附加板。
获取游戏手柄按钮和EEPROM
有多种游戏手柄可供购买，其中有些真的很复杂。 但是，使用我创建的设计制作类似于标志性NES控制器的游戏手柄并不难。
游戏手柄使用八个“瞬时”按钮（即，只有在按下时才激活的开关）：四个用于移动的触觉（轻触）开关（上，下，左，右），两个用于A和B的轻触按钮，以及两个较小的轻触按钮，用于选择和启动。 我使用了通Kong轻触开关：六个用于移动的6x6x4.3mm开关以及A和B按钮，以及两个用于开始和选择按钮的3x6x4.3mm开关。
尽管游戏板的主要目的是玩复古游戏，但附加板却足够大，可以包括家庭自动化功能，例如监视温度，湿度，光照或气压，您可以在不玩游戏时使用这些功能。 。 我添加了三个插槽，用于将I 2 C传感器连接到物理引脚3和5上的主要I 2 C总线。
硬件设计中最有趣，最重要的部分是EEPROM（电可擦可编程只读存储器）。 通Kong安装的EEPROM更容易在面包板上闪烁并焊接到游戏板上。 MagPi杂志上的文章建议使用CAT24C32 EEPROM。 如果该型号不可用，请尝试查找技术规格相似的型号。 之后发布的所有Raspberry Pi型号和版本（Raspberry Pi B +及更高版本）在物理引脚27和28上都具有辅助I 2 C总线。
有了此硬件后，请使用试验板检查其是否正常运行。
创建印刷电路板
下一步是创建印刷电路板（PCB）设计并进行制造。 作为一个开源爱好者，我相信应该使用免费和开源软件来创建开源硬件。 我依靠KiCad ，这是GPLv3 +许可下的电子设计自动化（EDA）软件。 KiCad可在Windows，MacOS和GNU / Linux上运行。 （我在Ubuntu 18.04上使用KiCad版本5。）
KiCad允许您创建多达32个铜层以及14个固定用途技术层的PCB。 它还具有集成的3D查看器。 它是积极开发的，包括CERN开发人员的许多贡献，并用于工业应用； 例如，Olimex使用KiCad设计多层的复杂PCB，就像其TERES-I DIY开源硬件笔记本电脑中的那样。
KiCad工作流程包括三个主要步骤：
在逻辑示意图布局编辑器中设计逻辑示意图 绘制边缘切口，放置元件并在PCB布局编辑器中布线 导出Gerber和钻探文件以进行制造
如果您以前没有设计过PCB，请记住学习曲线会很陡。 浏览KiCad提供的示例和用户指南 ，以了解如何使用原理图和PCB布局编辑器。 （如果您不想从头开始做所有事情，则可以在我的GitHub存储库中克隆ANAVI Play pHAT项目。）
在KiCad的的示意性布局编辑器，树莓裨的GPIO等连接到按钮，槽用于传感器到主I 2 C，和EEPROM到辅助I 2 C.指派适当足迹到每个组件。 执行电气规则检查，如果没有错误，则生成网表 ，该网表描述了电子电路的连接性。
打开PCB布局编辑器。 它包含几层。 阅读网表。 所有组件和走线必须位于正面和底部铜层（F.Cu和B.Cu）上，并且必须在Edge.Cuts层中创建板的形式。 任何文本，包括按钮标签，都必须在丝网印刷层上。
最后，导出Gerber并钻取您将发送给生产PCB的公司的文件。 Gerber格式是PCB的事实上的行业标准。 它是2D二进制图像的开放ASCII矢量格式。 简而言之，它就像是用于PCB制造的PDF。
有许多公司可以制作像游戏手柄这样的简单的两层板。 对于一些原型，您可以依靠美国的 OSHPark或欧洲的Aisler 。 也有很多中国制造商，例如JLCPCB，PCBWay，ALLPCB，Seeed Studio等。 另外，如果您希望省去PCB制造和采购组件的麻烦，则可以从Crowd Supply订购ANAVI Play pHAT制造商套件，并自行焊接所有通Kong组件。
了解设备树
Devicetree是用于描述硬件组件的软件数据结构的规范。 其目的是允许编译后的Linux内核处理更广泛的体系结构家族中的各种不同的硬件配置。 引导加载程序将设备树加载到内存中，并将其传递给Linux内核。
设备树包含三个组件：
Devicetree源（DTS） Devicetree Blob（DTB）和覆盖（DTBO） Devicetree编译器（DTC）
DTC从文本源创建二进制文件。 设备树覆盖允许将中央DTB覆盖在设备树上。 覆盖图包含许多片段。
几年来，所有新的ARM片上系统（SoC）都需要设备树，包括所有Raspberry Pi型号和版本的Broadcom SoC。 使用Raspberry Pi流行的Raspbian发行版中的默认引导加载程序，可以使用关键字device_tree =在可引导microSD卡的FAT分区上的配置文件（config.txt）中设置DTO。
自以来，Raspberry Pi的排针已经扩展到40个排针。 引脚27和28专用于辅助I 2 C总线。 这样，可以从连接到这些引脚的EEPROM自动加载DTBO。 此外，可以将其他系统信息保存在EEPROM中。 此功能是Raspberry Pi Foundation对任何Raspberry Pi HAT（顶部附有硬件）附加板的要求之一。 在Raspbian和Raspberry Pi的其他GNU / Linux发行版上，启动后，可以从用户空间/ proc / device-tree / hat /中看到EEPROM的信息。
我认为，设备树是过去十年中Linux生态系统中最引人入胜的功能之一。 创建devicetree blob和覆盖图是一项高级任务，需要一些背景知识。 但是，可以为Raspberry Pi附加板创建devicetree二进制覆盖图，并在适当的EEPROM中对其进行闪存。 设备二进制覆盖图定义了游戏手柄每个键的Linux键代码。 结果是Raspberry Pi的游戏手柄，其按键在您启动Raspbian时就可以使用。
创建DTBO
创建游戏手柄的设备树二进制覆盖图的三个主要步骤：
使用基于Linux密钥代码的密钥映射创建devicetree源 使用devicetree编译编译devicetree二进制覆盖 使用Raspberry Pi Foundation提供的开源工具创建.eep文件并将其刷新到EEPROM中
Linux密钥代码在文件/usr/include/linux/input-event-codes.h中定义。 设备源文件应描述哪个Raspberry Pi GPIO引脚连接到哪个硬件按钮，以及在按下按钮时应触发哪个Linux键代码。 在此游戏手柄中，GPIO17（引脚11）连接到右侧的触觉按钮，GPIO4（引脚7）连接到左侧，GPIO22（引脚15）连接到向上，GPIO27（引脚13）连接到向下，GPIO5（引脚29）连接到启动， GPIO6（引脚31）到选择，GPIO19（引脚35）到A，GPIO26（引脚37）到B.
请注意，GPIO编号与插头在接头上的物理位置之间存在差异。 为了方便起见，所有引脚都位于Raspberry Pi 40引脚接头连接器的第二行。 这种方法使在KiCad中布线印刷电路板更加容易。
GitHub上提供了游戏手柄的整个devicetree源代码。 例如，以下是一个简短的代码段，演示了如何将与Raspberry Pi上物理引脚11对应的GPIO17映射到Right的轻触按钮：
label = "right"; linux,code = <106>; gpios = <&gpio 17 1>; };button@17 {
要直接在Raspberry Pi上编译DTS，请在终端中执行以下命令，在Raspbian上安装devicetree编译器：
sudo apt-get install device-tree-compilersudo apt-get update
运行DTC并提供输出DTBO的名称和源文件的路径作为参数。 例如：
dtc -I dts -O dtb -o anavi-play-phat.dtbo anavi-play-phat.dts
Raspberry Pi Foundation为GitHub存储库提供了HAT的机械，硬件和软件规范 。 它还包括三个非常方便的工具：
eepmake：使用设置从文本文件创建一个.eep文件eepdump：对调试很有用，因为它会将二进制.eep文件转储为人类可读的文本eepflash：将.eep二进制映像写入EEPROM或从中读取。
eeprom_settings.txt文件可以用作模板。 Raspberry Pi Foundation和MagPi杂志提供了有用的文章和教程，因此我不会赘述太多。 就像我在上面写的，推荐的EEPROM是CAT24C32，但是可以用任何具有相同技术规格的EEPROM替换。 对于爱好者来说，使用带有八针，通Kong，双列直插式（DIP）封装的EEPROM较容易，因为它可以用面包板完成。 以下示例命令创建了一个文件，准备使用Raspberry Pi GitHub存储库中的eepmake工具在EEPROM中进行刷新：
./eepmake settings.txt settings.eep anavi-play-phat.dtbo
在继续闪烁之前，请确保EEPROM已正确连接到Raspberry Pi上的主要I 2 C总线（引脚3和5）。 （您可以查阅上面链接的MagPi杂志文章，以获取有关接线原理图的讨论。）然后运行以下命令，并按照屏幕上的说明在EEPROM中刷新.eep文件：
sudo ./eepflash.sh -w -f=settings.eep -t=24c32
在将EEPROM焊接到印刷电路板上之前，将其移至试验板上的次级I 2 C总线并进行测试以确保其能够按预期工作。 如果在测试面包板上的EEPROM时发现任何问题，请更正设置文件，将其移回主要I 2 C总线，然后再次刷新。
测试游戏手柄
有趣的来了！ 现在该使用Raspbian测试附加板了，您可以从 下载该附加板。 引导后，打开终端并输入以下命令：
cat /proc/device-tree/hat/vendorcat /proc/device-tree/hat/product
输出应类似于以下内容：
如果是的话，恭喜！ 已成功读取EEPROM中的数据。
下一步是验证Play pHAT上的按键是否正确设置并且可以正常使用。 在终端或文本编辑器中，按八个按钮中的每个按钮，并验证它们是否按配置进行操作。
最后，该玩游戏了！ 默认情况下，Raspbian的桌面包括Python Games 。 从应用程序菜单启动它们。 进行音频输出选择，然后从列表中选择一个游戏。 我最喜欢的是蠕虫般的蠕虫游戏。 作为一名前Symbian移动应用程序开发人员，我发现玩Wormy带回了诺基亚辉煌时期的回忆。
RetroPie的复古游戏
Raspbian很棒，但是RetroPie为复古游戏迷提供了更多功能。 它是为玩复古游戏而优化的GNU / Linux发行版，结合了开源项目RetroArch和Emulation Station。 它适用于Raspberry Pi， Odroid C1 / C2以及运行Debian或Ubuntu的个人计算机。 它提供了用于加载ROM（游戏盒的数字版本）的仿真器。 请记住，由于版权问题，RetroPie中不包含ROM。 在启动RetroPie之后，您将必须找到合适的ROM并将其复制到Raspberry Pi。
开源硬件游戏手柄在RetroPie的菜单中可以正常工作，但是我发现启动某些游戏和模拟器后按键会失败。 调试之后，我找到了一种确保它们在游戏模拟器中正常工作的解决方案：添加Python脚本以进行按键的其他软件仿真。 该脚本在GitHub上可用。 这是如何获取它并在RetroPie上安装Python的方法：
sudo apt-get install -y python-pip sudo pip install evdev cd ~ git clone /AnaviTechnology/anavi-examples.gitsudo apt-get update
最后，将以下行添加到/etc/rc.local中，以便在RetroPie引导时自动执行：
sudo python /home/pi/anavi-examples/anavi-play-phat/anavi-play-gamepad.py &
而已！ 完成这些步骤后，您可以创建一个完全开源的硬件游戏手柄，作为带有40针接头的任何Raspberry Pi型号的附加板，并将其与Raspbian和RetroPie一起使用！
下一步是什么？
将免费和开源软件与开源硬件相结合虽然很有趣，但并不困难，但是需要大量时间。 在业余时间创建了开源硬件游戏手柄之后，我在我的家乡保加利亚普罗夫迪夫的Crowd Supply进行了适度的众筹活动，以进行小批量制造。 开源五金制品协会认证的ANAVI播放PHAT作为在开源硬件项目BG000007 。 甚至用于保护电路板免受灰尘侵害的丙烯酸外壳 ，都是使用免费开源软件OpenSCAD创建的开源硬件。
如果您喜欢阅读本文，建议您尝试使用KiCad为Raspberry Pi创建自己的开源硬件附加板。 如果您没有足够的业余时间，则可以订购ANAVI Play pHAT制作工具套件 ，拿起烙铁并组装通Kong组件。 如果您对烙铁不满意，则可以订购完全组装的烙铁。
大家复古游戏快乐！ 下次有人烦躁地问您可以从玩老式计算机游戏中学到什么，向他们介绍Raspberry Pi，开源硬件，Linux和devicetree。
翻译自: /article/19/3/gamepad-raspberry-pi
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