1. 简介

IO Expansion HAT是一款专为RVBoards-哪吒开发的IO扩展板，该扩展板将哪吒板的IO口全部引出，包含21组GPIO端口、1组IR端口、3组PWM端口、4组I2C端口、3组UART端口、1组SPI端口，能完美兼容DFRobot的Gravity传感器系列产品，不仅能省去繁琐的接线，还便于故障排除，让学生、开发者、科研工作者可以专注实现自己的项目。
哪吒板的GPIO、I2C、UART、SPI、IR的电源电压为3.3V，但3组PWM的电源电压为5V，因此PWM端口可以轻松驱动舵机。

哪吒是全志在线基于全志科技D1芯片定制的AIOT开发板，是全球首款支持64bit RISC-V指令命令集成并支持Linnux系统的可量产开发板。支持1G DDR3*、258MB spi-nand、WiFi/蓝牙连接，具有丰富的音视频接口可强大的音视频编解码能力，可连接各种外设，集成了MIPI-DSI+TP接口、SD卡接口、LED灯、HDMI接口、麦克风子板接口、3.5mm耳机接口、千兆以太网接口、USB HOST、Type-C接口、UART Debug接口、40pins插针阵列等，可以满足日常科研教学、产品项目预研、开发爱好者DIY的需求。

2. 产品特性

• GPIO引脚丝印即编程中可用的GPIO号
• 3路独立的UART全引出，丝印号即UART通道号
• 3路独立的PWM电源电压均为5V，可轻松驱动舵机

3. 技术规格

• IO扩展板工作电压：3.3V
• PWM电源电压：5V
• 传感器接口电压：3.3V
• 通信接口：21组GPIO端口、1组IR端口、3组PWM端口、4组I2C端口、3组UART端口、1组SPI端口
• 外形尺寸：65*56 mm

4. IO Map

5. Debian操作系统安装

5.1 准备镜像文件和所需工具

1. V0.5 版本下载地址

• 链接：https://pan.baidu.com/s/181WrWBv6mD5pkNVK-CLntw
• 提取码：3o5v

2. 一张至少16GB的SD卡，一个USB读卡器
   
3. 串口及SSH终端工具MobaXTerm下载页面
   
4. 串口驱动程序，下载地址
   
   

5.2.1 Windows下安装（0.5版本不支持windows烧录）

1.准备烧录工具Win32DiskImager下载地址

2.将插有SD卡的读卡器插在电脑上，在Win32DiskImager中选择想要烧录的img文件，点击写入

5.2.2 Linux下安装

1.将SD卡插到读卡器中再插到Linux电脑上,输入以下命令来确定SD卡的位置和名称：

lsblk

如图所示，当前SD卡名称为sdb

2. 输入下面的命令进行烧录

  sudo dd if=./RVBoards_D1_Debian_lxde_img_linux_v0.5.img of=/dev/sdb status=progress

3. 烧录中

4. 烧录完成

6. 登录和联网

6.1 串口连接和远程登录

1. 串口连接
   
   通过串口终端获取IP地址（后期会改为通过ADB获取IP地址）串口根据DEBUG的丝印说明接串口对应的GND、RX、TX即可。
   
   如果接入串口后电脑设备管理器中仍未显示，则需要额外下载一个串口驱动程序下载地址。
   串口连接示意图：

串口连接好以后，按图片标注步骤使用MobaXTerm下载页面进行远程连接,通过串口远程登录上哪吒主板后我们就可以执行WIFI联网和网口联网的操作。

注意：若配置好串口并打开后，出现长时间的黑屏，串口保持不动的同时重新插拔电源可解决。

2.串口登录

用户名：root

登录密码：rvboards

登录界面示意图：

6.2 联网

6.2.1 WIFI联网

通过D1的命令行连接WiFi(替换成目标路由器的SSID和PASSWORD)

输入前3行命令，出现命令执行效果图的界面。出现命令执行效果图的界面后输入第4行命令。

注意：使用WIFI联网时，连的网要与电脑处于同一网段，否则登录不上SSH。

  wpa_passphrase SSID PASSWORD > /etc/wpa_supplicant.conf
  wpa_supplicant -B -i wlan0 -c /etc/wpa_supplicant.conf
  dhclient wlan0
  service networking restart

1.命令执行效果

2.使用ifconfig命令查看到WIFI已经获取到IP地址

3.通过查询到的IP地址连接SSH登录到主板即可进行操作，操作步骤与网口联网一致。

6.2.2 网口联网

1.网口插入网线后，会自动获取IP地址，查询IP地址步骤与WIFI联网一致。

2.通过ifconfig命令查询到IP地址，再通过SSH按以下步骤登录到主板，便可以愉快的进行操作啦

用户名：root


密码：rvboards


登录后界面：

7. 安装pinpong库

安装pinpong库
运行以下命令

pip3 install -U pinpong

运行结果

安装好pinpong库后可在以下文件路径中找到示例代码：

/usr/local/lib/python(版本号)/dist-packages/pinpong/examples/

8. 例程

8.1 数字输出

哪吒板的GPIO一部分通过D1芯片引出来，一部分通过芯片引出来，通过芯片PCF8574A引出来的GPIO（PP0-PP7）负载能力比较弱。下面列表中的GPIO引脚就是负载能力较弱的引脚。

如果GPIO引脚被引脚复用 到其他用途，就不能再做为普通GPIO来使用

# -*- coding: utf-8 -*-

#NeZha 
#实验效果：控制板载LED灯一秒闪烁一次

import time
from pinpong.board import Board,Pin

Board("nezha").begin()

led = Pin(25, Pin.OUT) #Nezha引脚初始化为电平输出

while True:
  led.value(1) #输出高电平
  print("1") #终端打印信息
  time.sleep(1) #等待1秒 保持状态

  led.value(0) #输出低电平
  print("0") #终端打印信息
  time.sleep(1) #等待1秒 保持状态

8.2 数字输入

如果GPIO引脚被 引脚复用 到其他用途，就不能再做为普通GPIO来使用

# -*- coding: utf-8 -*-

#NeZha
#实验效果：使用按钮控制板载亮灭

import time
from pinpong.board import Board,Pin

Board("nezha").begin()

btn = Pin(6, Pin.IN) #引脚初始化为电平输入,接按钮
led = Pin(3, Pin.OUT)#引脚初始化为电平输出，接LED

while True:
  v = btn.value()  #读取引脚电平
  print(v)  #终端打印读取的电平状态
  led.value(v)  #将按钮状态设置给led灯引脚
  time.sleep(0.1)

8.3 UART串口例程

需要先使能UART3或者UART5（参考引脚复用章节)，用杜邦线链接串口的RX和TX可以测试串口回环，发什么就能收到什么

import serial
import time

s=serial.Serial("/dev/ttyS3",115200,timeout=1)
#s=serial.Serial("/dev/ttyS5",115200,timeout=1)

s.write("dfrobot".encode("utf-8"))
time.sleep(0.1)
ret = s.readall()
print(ret)

8.4 I2C例程

I2C可以驱动很多传感器，具体请参考pinpong库nezha相关的例程。

I2C扫描：可以扫描连接在I2C接口的外设，打印这些外设的地址列表

# -*- coding: utf-8 -*-

#Nezha
#实验效果：扫描所有外接IIC设备的地址

import time
from pinpong.board import Board,I2C

Board("nezha").begin()

iic=I2C(bus_num = 2)#使用哪吒开发板的/dev/i2c-2节点，所以这里bus_num=2
ret=iic.scan()
print(ret)

8.5 PWM例程

哪吒开发板当前支持3路PWM，分别来自GPIO3(PWM7), GPIO9(PWM0), GPIO22(PWM1) ,PWM7默认是打开的，另外2路需要dtb overlay配置打开（参考引脚复用章节)

# -*- coding: utf-8 -*-

#Nezha
#实验效果：使用按钮控制LED模块亮度

import time
from pinpong.board import Board,Pin,PWM

Board("nezha").begin()

pwm0 = PWM(Pin(3)) #将Pin传入PWM中实现模拟输出

pwm0.freq(1000)

while True:
  for i in range(0,100): #占空比从0%到100%循环
    pwm0.duty(i)  #设置模拟输出值
    print(i)
    time.sleep(0.1)

8.6 舵机例程

PWM例程中提到的3个引脚都可以驱动舵机

# -*- coding: utf-8 -*-

#Nezha
#实验效果：舵机控制

import time
from pinpong.board import Board,Pin,Servo

Board("nezha").begin()
s1 = Servo(Pin(3)) #将Pin传入Servo中初始化舵机引脚

while True:
  s1.write_angle(0) #控制舵机转到0度位置
  print("0")
  time.sleep(1)

  s1.write_angle(90) #控制舵机转到90度位置
  print("90")
  time.sleep(1)

  s1.write_angle(180) #控制舵机转到180度位置
  print("180")
  time.sleep(1)

  s1.write_angle(90) #控制舵机转到90度位置
  print("90")
  time.sleep(1)

8.7 SPI端口例程

需要修改dtb overlay配置文件使能SPI1（参考引脚复用章节)

用杜邦线链接MISO和MOSI，我们可以发现SPI发送什么就能收到什么

# -*- coding: utf-8 -*-

import spidev
import time

spi=spidev.SpiDev()
spi.open(1,0)#使用/dev/spidev1.0节点，所以这里使用(1,0)

while True:
  ret = spi.xfer([1,2,3,4,5])
  print(ret)
  time.sleep(1)

8.8 IR例程

需要修改dtb overlay配置文件使能ir0rx（参考引脚复用章节)

用红外接收模块接收遥控器的按键信号，屏幕上将会输出按键值。

# -*- coding: utf-8 -*-

import sys
import time
from pinpong.board import Board,IRRecv,Pin

Board("nezha").begin()  #初始化，选择板型和端口号，不输入端口号则进行自动识别


def ir_recv3(data):
  print("------Recv IR Code--------")
  print(hex(data))

ir3 = IRRecv(ir_recv3)

while(1):
  time.sleep(0.1)

9. 引脚复用

V0.5版本没有内置一些dtbo文件，需要用户自己将dtbo文件放在/boot/overlay文件夹下（dtbo压缩包下载地址）

可以通过sftp将文件传入哪吒开发板，也可以使用命令直接下载和解压

wget https://downloadcd.dfrobot.com.cn/nezha/overlay.zip
unzip overlay.zip

放置dtbo后的效果

root@RVBoards:/boot/overlay# ls -l
total 14
-rwxr-xr-x 1 root root 692 Jun 19 22:59 d1-pwm1.dtbo
-rwxr-xr-x 1 root root 700 Jun 19 22:59 d1-pwm7.dtbo
-rwxr-xr-x 1 root root 400 Jun 19 22:59 d1-spi1.dtbo
-rwxr-xr-x 1 root root 279 Jun 19 22:59 d1-uart3.dtbo
-rwxr-xr-x 1 root root 691 Jun 19 22:59 d1-uart5.dtbo
-rwxr-xr-x 1 root root 675 Jun 11 07:33 test-overlay-pwm.dtbo
-rwxr-xr-x 1 root root 287 Jun 10 19:11 test-overlay.dtbo

我们发现哪吒板有多种复用功能，我们如何才能在多种功能间进行切换呢？debian通过设备树的overlay来实现，下面我们通过dtb overlay打开这些隐藏功能

V0.5版本的Debian镜像还不支持多文件，后续版本支持多文件后，可以通过修改/boot/config.txt来实现多个引脚复用的自由切换。现阶段只能实现单个的引脚复用切换。

dtoverlay=function1 function2 function3

V0.5版本的Debian镜像没有自动挂载boot分区，我们需要手动挂载一下，才能看到config.txt文件

mount /dev/mmcblk0p4 /boot

mount命令输入时要注意格式

进入config.txt的步骤：

9.1 PWM

哪吒开发板当前支持3路PWM，PWM号的对应关系：

注：PWM0被用来给CPU进行自动调频所以不能使用

默认引脚3的pwm功能是打开的

修改/boot/config.txt

打开GPIO3的PWM7功能

dtoverlay=d1-pwm7

打开GPIO22的PWM1功能

dtoverlay=d1-pwm1

9.2 SPI

哪吒开发板支持一路SPI

修改config.txt，打开SPI1功能

dtoverlay=d1-spi1

9.3 UART

哪吒开发板默认有3路UART，UART0，UART3，UART5。UART0默认是给debug使用。

打开UART3

修改/boot/config.txt文件，打开UART3功能

dtoverlay=d1-uart3

打开UART5

修改/boot/config.txt，打开UART5功能

dtoverlay=d1-uart5

9.4 IR-RX

打开GPIO20的IR-RX功能

dtoverlay=d1-ir0rx

10. 常见问题

更多问题及有趣的应用，可以 访问论坛 进行查阅或发帖。

11. 更多

• 原理图
• PCB文件
• 推荐阅读链接:NEZHA开发板

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