Orange Pi One / Orange Pi Zero 升級記憶體

動機

在網路上有人賣淘汰的 Orange Pi One 和 Orange Pi Zero，因為便宜，又收了一堆舊的 3D 印表機來改，所以就買了不少的 Orange Pi One 和 Orange Pi Zero。其中 Orange Pi One 的記憶體都是 512MB，Orange Pi Zero 則有 256MB 和 512MB。

仔細看 DDR RAM 的編號，有 K4B2G1646E 和 K4B4G1646E，前者為 8*256M = 2G (bits)，後者為 8*512M = 4G (bits)。編號的其中幾個字母，可能不同，不重要。Orange Pi One 使用 2個 K4B2G1646E，總共有 512MB。若換成 2個 K4B4G1646E，則有 1GB，請參考下面的連結分享。Orange Pi One 可以只裝一個記憶晶片，但不能裝2個不同型號的芯片。

後來查 H2+ 和 H3 的規格，可支援 2GB 的記憶空間。又找到相近型號的記憶晶片 K4B8G1646Q，假如把 Orange Pi Zero 換成這個晶片，就能有 1GB 的記憶體。先買 3個來測，換了之後，確定能用。

面臨的問題是，從來沒有焊過 BGA 封裝的晶片。因此花重金買了一些設備，然後再花了一兩個星期，用沒用到的 DDR2 記憶模組來練習 拆焊，植錫，焊接。最終成功換上記憶晶片，同時發現 BGA 晶片蠻耐操的，加熱 3，4分鐘，重複 3，4遍，甚至不小心用洗板液急速冷卻，仍然正常運作。

參考

• bilibili: 内存植锡练手，给全志D1开发板换1GB内存
• YouTube: Orange Pi One RAM upgrade 1GB

K4B4G1646E / K4B8G1646Q 

• Density: 4 Gb (Gigabits) / 8 Gb (Gigabits)
• Package: 96 FBGA
• Speed: 1600 Mbps (Megabits per second)
• Voltage: 1.35 V (Volts)
• Temperature: -40 to 95 °C (Celsius)
• Organization: 256M x 16 / 512M x 16
• Product Status: End of Life (EOL)

工具

• 熱風槍，不可少的工具，可以在淘寶買，指定 110V
• 助焊膏
• PCB 固定架
• 錫球，BGA 焊盤間距 0.8mm，挑選錫球直徑 0.45mm
• 植錫網，植錫架
• 洗板液
• 鑷子

植錫

現在的記憶體晶片都是 BGA 封裝，雖然買來的記憶體晶片，都已植錫，但焊接失敗，就必須拆下，重新植錫，再次焊接。因此，在焊接前，先把 BGA 的植錫和焊接功夫練好。翻找手邊的剩餘材料，發現 DDR2 的記憶模組是使用 BGA 封裝的晶片，現在又已用不上，正好用來練習。花了一個多星期時間練習，拆裝了幾條記憶模組，十幾顆晶片，慢慢掌握其中的技巧。

可以買記憶體用的小鋼網。雖然有買簡易植錫架，但後來在網路上看到有人分享的經驗，發現這樣做更好。先徒手植 2顆上去，當作鋼網的定位點，這樣就不需使用植錫架。

徒手植錫，要練一下。練成後，不用鋼網，也可以用手排錫球，植錫。但實在很費時間，只能當練功。關鍵在於，塗上薄薄一層助焊膏，可以黏住錫球。太多助焊膏，助焊膏一化開，錫球會漂走。熱風槍的風速開到最小，先用遠一點的距離吹，讓錫球先黏在焊盤上，再靠近吹，讓它整個化開，完美地吸在焊盤上。

在焊盤上均勻塗抹助焊膏，一定要用助焊膏，錫球才能黏在焊盤上。這很關鍵，不能太少，不然錫球都會黏在鋼網上。但也不能太多，不然錫球會飄。再把鋼網套上，背後可以用鋁箔紙貼住。

用鑷子一顆一顆把錫球放上去。利用助焊膏黏性，把球黏在鑷尖，再黏到焊盤上。

錫球全部擺好後，用熱風槍，380度，慢慢吹。看影片，都是 40幾秒就好。但我就是要吹到 2分鐘以上才行，不知差在那裡。但也發現，用這溫度吹個 3分鐘多，晶片也還可以正常工作，就放心地做吧。

拆焊與焊接

植球和焊接，最好有計時器，不要光憑感覺。要有耐心，常要好幾分鐘，時間不夠，錫沒全化，硬來，只會把東西弄壞，更麻煩。

拆焊，可以用 450度。PCB上的塑膠零件，用鋁箔紙保護一下，以免吹壞。注意一下小零件，不要不小心把它吹飛或撞飛。若真不幸弄飛了，要留下來，事後再焊回去。一定要等錫全化了，再把晶片夾起來，一次就要拿起來。若不幸一次不成，部分黏住，不要硬拔，會把焊盤拔壞。

再來就是把晶片焊回去，用 380度，我要吹到 3分鐘，才能焊接成功。先對 PCB 吹個一分鐘，上助焊膏，碰到就化開，可以塗抹均勻。

買來的晶片，可能不是新品，但都有植錫。可惜，我直接焊接，都會失敗。反倒是我自己植錫的，吹個 2分鐘 ~ 3分鐘，就能自動歸位。不知是不是 有鉛 和 無鉛 的差別。後來乾脆全部重新植錫再焊，比較不會失敗。

另外，影片的經驗分享，都是用鑷子輕推一下，會重新歸位，判斷錫全化呈流動狀態，為焊接成功的判斷。但手抖得厲害，一不小心就推到位置之外，也看不出塌陷的瞬間。後來發現有個影片，晶片擺得不正，錫全化呈流動狀態時，晶片自動歸正了。

我就在放晶片時，對準位置之後，稍稍把它弄歪一點，讓晶片邊緣和定位白線不會對齊。等加熱到晶片和白線對齊，就成功了。

後來，發現可以吹到 3分鐘，晶片仍是正常的，在重新植錫後，就固定吹個 3分鐘，比較保險。

好不容易，成功了，升級為 1GB 的記憶體。

修改 Klipper LCD 螢幕的 menu

在 Klipper 的 LCD 的功能表中，增加一些功能，方便使用。

顯示 IP

在 LCD 顯示 IP，參考 goopypanther/klipper_network_status。參考它的說明，執行 install.sh。或是直接將 network_status.py 複製到 ~/klipper/klippy/extras/ 目錄下，再重新開機，就會生效。然後依照說明，在 printer.cfg 建立功能表。

[menu __main __system]
type: list
name: System

[menu __main __system __network]
type: list
name: Network

[menu __main __system __network _mdns]
type: command
name: mDNS: {printer.network_status.mdns}

[menu __main __system __network _ethip]
type: command
name: Eth IP: {printer.network_status.ethip}

[menu __main __system __network _wifissid]
type: command
name: Wifi SSID: {printer.network_status.wifissid}

[menu __main __system __network _wifiip]
type: command
name: Wifi IP: {printer.network_status.wifiip}

我是放在 [System] 的子功能表之下。

關機功能

參考 Shutdown host from menu with mainsail?。

Klipper 是在 Linux 系統下執行，最好執行 shutdown 指令，關閉系統後，再關閉電源，以免資料流失。

首先，透過 kiauh 的 "4) [Advanced]"，安裝 "Extras: 8) [G-Code Shell Command]"。

# shell command
[gcode_shell_command reboot_host]
command: reboot

[gcode_shell_command shutdown_host]
command: shutdown now

# 功能表
[menu __main __system __reboot_host]
type: command
name: Reboot Host
gcode:
    M117 Reboot Host
    { menu.exit() }
    RUN_SHELL_COMMAND CMD=reboot_host

[menu __main __system __shutdown_host]
type: command
name: Shutdown Host
gcode:
    M117 Shutdown Host
    { menu.exit() }
    RUN_SHELL_COMMAND CMD=shutdown_host

Orange Pi Zero 安裝使用

在網路上有人出清二手的 Orange Pi Zero，雖然是十多年前的產品，但拿來當 Klipper 的上位機還蠻適合的。

Orange Pi Zero 和 Orange Pi One 類似，但有 wifi，不用再另外花錢買 wifi 裝置。另外，只有一個 DRAM 晶片，因此記憶體最大只有 512MB，預設是 256MB。使用 H2+ CPU，是 H3 CPU 的閹割版，但對 klipper 的運作影響不大。

賣家出貨，512MB 和 256MB，隨機出貨，256MB 的板子比較多。

Pi Zero 與 Pi One 的差異

Orange Pi One 發表於 2016年 1月，CPU 為 H3，2個記憶體晶片，標準 512MB，最多可以升級至 1GB。Pi Zero 則發表於 2016年 12月，CPU 為 H2+，H2+ 為 H3 的降級版，1個記憶體晶片，標準 256MB，最多可以升級至 512MB。

Armbian/build 建立的 Pi Zero 的 image，在使用時有一些問題，如 reboot 會卡在 "Restarting system"。後來無意中，發現使用 Pi One 的 image 也可以開機，且 reboot 可正常開機。看電路圖，Pi One 和 Pi Zero 很類似，可能這樣才能用 Pi One 的 image 來啟動 Pi Zero 吧。

另外，無法正常驅動 SPI 的 LCD，使用 Pi One 的則可以。

後來把 config/boards/orangepizero.csc 參照 orangepione.conf 修改，把沒用到的也刪掉。

# Allwinner H2+ quad core 256/512MB RAM SoC WiFi SPI
BOARD_NAME="Orange Pi Zero"
BOARDFAMILY="sun8i"
BOARD_MAINTAINER=""
BOOTCONFIG="orangepi_zero_defconfig"
#MODULES_CURRENT="g_serial"
MODULES_BLACKLIST="sunxi_cedrus"
# DEFAULT_OVERLAYS="usbhost2 usbhost3 tve"
# DEFAULT_CONSOLE="both"
# HAS_VIDEO_OUTPUT="yes"
# SERIALCON="ttyS0,ttyGS0"
KERNEL_TARGET="legacy,current,edge"
KERNEL_TEST_TARGET="current"
# CRUSTCONFIG="orangepi_zero_defconfig"

執行建立 image 的指令。

./compile.sh \
BOARD=orangepizero MAKE_THREADS=8  \
BRANCH=edge RELEASE=noble \
BUILD_MINIMAL=yes BUILD_DESKTOP=no  \
NETWORKING_STACK="network-manager" \
KERNEL_CONFIGURE=no

後記，關於無法 reboot

將解決辦法反應在 git 上，維護者把 APM (advanced powered management，aka CRUST firmware) 拿掉了。但下載的 image 仍是舊的，使用者可在安裝更新後，使用 armbian-install 更新 u-boot。

連接 SPI 界面 LCD

Pi Zero 的界面接腳如下。

先用 gpioinfo 確認已使用的 pin。"r_pio 0 10" 為 PL10，是控制核心用的。

--------------

gpiochip0 - 224 lines:

line  17:      PA17    "orangepi:red:status" output active-high [used]

line  20:      PA20    "reg-vcc-wifi"        output active-high [used]

line 166:      PF06    "cd"                  input  active-low  [used]

line 204:      PG12    "usb0_id_det"         input  active-high [used]

gpiochip1 - 32 lines:

line   6:      PL06    "vdd-cpux"            output active-high [used]

line   7:      PL07    "reset"               output active-low  [used]

line  10:      PL10    "orangepi:green:pwr"  output active-high [used]

--------------

觸控屏

--------------

OPi Zero wiring:

Pin 23 - PA14 <-->  SPI1 SCK       & T_CLK

Pin 21 - PA16 <-->  SPI1 SDO<MISO> & T_DO      * LCD 的 MISO 不要接

Pin 19 - PA15 <-->  SPI1 SDI<MOSI> & T_DIN

Pin 15 - PA3  <-->  DC

Pin 13 - PA0  <-->  RESET

Pin 26 - PA10 <-->  LED

Pin 22 - PA2  <-->  LCD CS   

Pin 05 - PA11 <-->  T_CS

Pin 03 - PA12 <-->  T_IRQ

Pin 01 - 3.3V  (or Pin 4 - 5V)

Pin 06 - GND

--------------

* LCD 的 MISO 不用接，接了可能使得觸控失效。

使用 evtest 測試觸控功能。

要把 /boot/armbianEnv.txt 的 tve (Composite TV Encoder) 的 overlay 取消掉，console 才會輸出到 LCD。

使用 panel-mipi-dbi-spi 的驅動，會載入 /usr/lib/firmware 目錄下的 panel-mipi-dbi-spi.bin。這樣對應不同驅動的 LCD，只要更換 panel-mipi-dbi-spi.bin 就好。因為檔名是固定的，為了區分使用那種驅動，以連結來建立該檔案。

---------
sudo mkdir /usr/lib/firmware/panel-mipi
sudo mv st7796s.bin /usr/lib/firmware/panel-mipi
sudo ln -sf /usr/lib/firmware/panel-mipi/st7796s.bin /usr/lib/firmware/panel-mipi-dbi-spi.bin

---------

和 MKS Pi 或 Fly Pi 比起來，使用 Orange Pi，麻煩的地方是要自己想辦法整合 LCD。後來自己用 FPC轉接板做，成品如圖，雖然不好看，還算堪用。

ZSWAP 設定

記憶體 256MB，實在太少了，要使用實體的 SD 卡當 SWAP 才行。

在完成第一次啟動後，使用 gparted 修改分割區，留多一點空間給 swap。然後用 blkid 取得 swap 的 uuid，在 /etc/fstab 中加入 swap 設定。

UUID=f454716c-ed0b-4d43-bff5-93545b4ef388 none swap sw 0 0 

修改 /etc/default/armbian-zram-config，將 SWAP=false 的註解取消，然後重啟系統即可。

後來自己練習 BGA 焊接，把記憶體改成 1GB，就不用擔心 temp 空間不夠的問題了。

安裝 klipper

複製 kiauh 專案

$ git clone https://github.com/dw-0/kiauh

再執行 kiauh/kiauh.sh 安裝 klipper。

另外，由於記憶體較小，導致 tmpfs 的 /tmp 不足，在安裝 Moonraker 的階段，會耗盡 /tmp 的空間。因此需另建一個暫時的 tmp，步驟如下。

$ # Create a temp folder on a disk that has a lot of space:
sudo mkdir -p /bigtmp

# Set generous access to the temp folder:
sudo chmod 777 /bigtmp

# Change TMPDIR env to the big folder you just created:
export TMPDIR=/bigtmp

# install package

在安裝 Moonraker 時，改成用此暫時的 tmp。安裝其他的套件，則用 tmpfs，會比較快。另外，安裝 Moonraker 時，要在 putty 的 console 上執行。要是透過 ssh 安裝，會時間太久沒反應，裝到一半被踢出連線。

Disable networkd and purge netplan

設定好 NetworkManager 後，若沒有停掉 netplan 和 systemd-networkd，開機會要等 3分鐘才完成。

作法如下。

$ sudo systemctl disable --now systemd-networkd.service systemd-networkd.socket systemd-networkd-wait-online.service 
$ sudo systemctl restart NetworkManager
$ sudo systemctl mask systemd-networkd-wait-online.service
$ sudo apt purge netplan netplan.io -y

回傳訊息如下，不知會有何問題。

-------

Removed "/etc/systemd/system/network-online.target.wants/systemd-networkd-wait-online.service".

Removed "/etc/systemd/system/multi-user.target.wants/systemd-networkd.service".

Removed "/etc/systemd/system/dbus-org.freedesktop.network1.service".

Removed "/etc/systemd/system/sockets.target.wants/systemd-networkd.socket".

Removed "/etc/systemd/system/sysinit.target.wants/systemd-network-generator.service".

Disabling 'systemd-networkd.service', but its triggering units are still active:

systemd-networkd.socket

--------

修改 /etc/netplan/armbian.yaml，如下。

network:
  version: 2
  renderer: NetworkManager

可以使用 systemd-analyze 產生時間圖，看看開機卡在那裡

$ systemd-analyze plot > systemd-analyze.svg 

由圖檔知道，一開始，kenerl 載入花了 5秒，systemd 程式載入用了 2秒，之後才開始啟動各種服務。

Unexpected error: Scanning not allowed while unavailable