Retro-CM3 : une puissante console de jeu gérée par RetroPie : 8 étapes (avec photos)

2025 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2025-01-23 14:46

Cette instructable est inspirée du PiGRRL Zero d'adafruit, de la version originale de Gameboy Zero de Wermy et de la console de jeu gérée de GreatScottLab. Ces consoles de jeu basées sur RetroPie utilisent le raspberry pi zero (W) comme noyau. MAIS, après avoir construit plusieurs consoles Pi Zero, deux problèmes principaux ont été trouvés.

1) Le Raspberry Pi Zero (W) n'a qu'un seul cœur Cortex-A7 et 512 Mo de RAM, ce qui est OK pour le genre de choses NES/SNES/GB. Cependant, lorsque j'ai essayé d'exécuter le PS/N64 Emus, l'expérience était tout à fait inacceptable. Même certains des jeux GBA ne peuvent pas fonctionner correctement (un certain décalage audio, également dans certains jeux NEOGEO comme Metal Slug lorsqu'il s'agit de scènes compliquées); 2) La plupart des versions de console de jeu utilisent SPI ou TV-out comme interface d'affichage. L'affichage SPI aura besoin du processeur pour aider avec le pilote de tampon d'images, ce qui aggravera l'expérience de jeu et les fps sont également limités par la vitesse de l'horloge SPI. Et la qualité d'affichage de la sortie TV n'est tout simplement pas suffisante.

Dans cette instructable, nous utiliserons le module de calcul RaspberryPi 3 et un écran LCD d'interface DPI pour construire une console de jeu RetroPie ultime. Il devrait pouvoir exécuter tous les émulateurs en douceur et fournir une résolution élevée et une fréquence d'images élevée.

La taille finale de la console de jeu est de 152x64x18mm avec une batterie jusqu'à 2000mAh. La construction totale coûte environ 65 $, y compris un PCB personnalisé, tous les composants, une carte TF de 16 Go et un module de calcul RaspberryPi 3 Lite. Comme j'ai déjà une imprimante 3D, le boîtier ne me coûte que 64g de filament PLA.

Commençons.

Remarque: comme l'anglais n'est pas ma langue maternelle, si vous trouvez des erreurs ou si quelque chose n'est pas clair, veuillez me le faire savoir.

Ceci est mon premier post sur instructable.com et j'ai vraiment besoin de toutes sortes de suggestions de votre part.

Étape 1: Ingrédients

Voici les ingrédients dont vous avez besoin pour construire la console de jeu. Certaines pièces peuvent ne pas être disponibles dans votre région, essayez des pièces alternatives.

1) Le module de calcul RaspberryPi 3 Lite. Achetez-le dans la boutique où vous avez acheté votre RaspberryPi 3B ou essayez-le sur ebay.

2) LCD 3,2 pouces avec interface RVB/DPI. ASSUREZ-VOUS d'avoir un module LCD d'interface RVB/DPI car c'est un MUST pour construire cette console. J'ai acheté mon écran LCD dans une boutique en ligne locale et le même module se trouve à alibaba. Si vous achetez un module LCD alternatif, DEMANDEZ au fournisseur de vous envoyer le paramètre détaillé et le code d'initialisation. C'est également un choix judicieux d'acheter les connecteurs correspondants dans le même magasin car il existe de nombreux types de connecteurs différents.

3) ALPES SKPDACD010. Interrupteur tactile avec course de 1,75 mm. Recherchez-le dans votre magasin local de composants électroniques.

4) Quelques autres clés. Utilisez toutes les autres touches tactiles que vous pouvez obtenir pour les boutons START/SELECT/VOL+/VOL-.

5) Conférencier. Tout haut-parleur 8 ohms, 0,5-1,5 W.

6) Batterie. J'ai choisi la batterie Li-ion 34*52*5.0mm 1S 1000mAh x2.

7) Certains circuits intégrés. STM32F103C8T6, IP5306, TDA2822, NC7WZ16, SY8113, PT4103 et etc.

8) Certains connecteurs. USB-Micro Femelle, PJ-237 (prise téléphonique), prise TF-Card, DDR2 SODIMM et etc.

9) Certains composants passifs. Résistances, condensateurs et inductances.

10) Un PCB personnalisé. Les fichiers schématiques et PCB sont fournis à la fin. N'oubliez pas d'y apporter des modifications si vous utilisez des pièces alternatives.

11) Une imprimante 3D. Assurez-vous qu'il est capable d'imprimer des pièces jusqu'au format 152*66*10 mm.

12) Assez de filament PLA.

Étape 2: Le module de calcul 3

Le Raspberry Pi Compute Module 3 est une carte de base très puissante pour le prototypage de certains gadgets d'intérêt. L'introduction détaillée peut être trouvée ici. Et quelques informations utiles peuvent être trouvées ici.

Le module utilise un connecteur de type DDR2 SODIMM, un peu plus difficile à utiliser. De plus, toutes les broches GPIO du noyau BCM2837 BANK1 et BANK0 sont sorties.

Pour commencer à utiliser le module de calcul, nous devons fournir plusieurs tensions différentes: 1,8 V, 3,3 V, 2,5 V et 5,0 V. Parmi eux, 1,8V et 3,3V sont utilisés pour alimenter certains périphériques qui nécessitent environ 350mA chacun. La ligne d'alimentation de 2,5 V entraîne le DAC de sortie TV et il peut être lié à 3,3 V car nous n'avons pas besoin de la fonction de sortie TV. Le 5.0V doit être connecté aux broches VBAT et il alimente le Core. L'entrée VBAT accepte des tensions allant de 2,5 V à 5,0 V et assurez-vous simplement que l'alimentation peut fournir jusqu'à 3,5 W. Les broches VCCIO (GPIO_XX-XX_VREF) peuvent être connectées à 3,3 V car nous utilisons un niveau CMOS de 3,3 V. La broche SDX_VREF doit également être connectée à 3,3V.

Toutes les broches HDMI, DSI, CAM ne sont pas utilisées ici, il suffit de les laisser flotter. N'oubliez pas de lier la broche EMMC_DISABLE_N à 3,3 V car nous utiliserons une carte TF comme disque dur au lieu de la fonction de démarrage USB.

Connectez ensuite les broches SDX_XXX aux broches correspondantes de la fente pour carte TF et aucune résistance de pull-up ou de pull-down n'est nécessaire. A cette étape, nous sommes prêts à démarrer le Raspberry Pi Compute Module 3. Allumez l'alimentation dans un ordre décroissant: 5V, 3,3V puis 1,8V, le système devrait pouvoir démarrer mais comme il n'y a pas de sortie appareil, nous ne savons tout simplement pas s'il fonctionne bien. Nous devons donc ajouter un affichage pour le vérifier à l'étape suivante.

Mais avant de continuer, nous devons d'abord dire au Pi quelle est la fonction de chaque GPIO. Ici, je fournis quelques fichiers, placez "dt-blob.bin", "bcm2710-rpi-cm3.dtb" et "config.txt" dans le dossier de démarrage d'une carte TF nouvellement flashée. Mettez le "dcdpi.dtbo" dans le dossier /boot/overlay. Le dt-blob.bin définit la fonction par défaut de chaque GPIO. Je change le GPIO14/15 en GPIO normal et déplace la fonction UART0 en GPIO32/33 car nous avons besoin de GPIO14/15 pour s'interfacer avec le module LCD. Je dis également au Pi d'utiliser GPIO40/41 comme fonction pwm et d'en faire les sorties audio droite et gauche. Le dcdpi.dtbo est un fichier de superposition d'arborescence de périphériques et il indique au Pi que nous utiliserons GPIO0-25 comme fonction DPI. Enfin, nous écrivons "dtoverly=dcdpi" pour que le Pi charge le fichier de superposition que nous avons fourni.

En ce moment, les Raspberry Pi comprennent parfaitement quelle fonction doit être utilisée pour chaque GPIO et nous sommes prêts à passer à autre chose.

Étape 3: interfacer le module LCD

Comme différents modules LCD d'interface DPI/RGB peuvent être utilisés dans cette console, nous prenons ici le module utilisé dans ma propre construction comme exemple. Et si vous en avez choisi un autre, vérifiez la définition des broches de votre module et effectuez simplement les connexions en fonction des noms de broches, comme indiqué dans l'exemple.

Il y a deux interfaces sur le module LCD: une SPI et une DPI. Le SPI est utilisé pour configurer les paramètres initiaux du circuit intégré du pilote LCD et nous pouvons les connecter à tout GPIO inutilisé. Connectez uniquement les broches Reset, CS, MOSI(SDA/SDI) et SCLK(SCL), la broche MISO(SDO) n'est pas utilisée. Pour initialiser le pilote LCD, nous utilisons ici la bibliothèque BCM2835 C pour piloter les GPIO et générer une certaine séquence d'initialisation fournie par le fournisseur du module. Le fichier source se trouve plus tard dans cette instructable.

Installez la bibliothèque BCM2835 C sur un autre Raspberry Pi 3 en suivant les instructions ici. Utilisez ensuite la commande "gcc -o lcd_init lcd_init.c -lbcm2835" pour compiler le fichier source. Ajoutez ensuite une nouvelle ligne dans le fichier /etc/rc.local avant "exit 0": "/home/pi/lcd_init" (en supposant que vous ayez placé l'application compilée dans le dossier /home/pi). Il convient de souligner que le fichier source n'est utilisé que pour le module que j'ai utilisé et pour un module LCD différent, il suffit de demander au fournisseur une séquence d'initialisation et de modifier le fichier source en conséquence. Ce processus est assez délicat car à ce stade, rien n'est visible à l'écran, c'est pourquoi je vous suggère fortement de le faire sur une carte RPI-CMIO car cela mène à tous les GPIO afin que vous puissiez le déboguer avec uart ou wlan.

La partie suivante est simple, il suffit de connecter les broches gauches du module LCD selon ici. Selon le type de module LCD dont vous disposez, choisissez judicieusement le mode RVB. Pour moi, ici j'ai choisi le DPI_OUTPUT_FORMAT_18BIT_666_CFG2(mode 6). Modifiez la ligne "dpi_output_format=0x078206" selon votre choix. Et si votre module LCD utilise une résolution différente, ajustez le "hdmi_timings=480 0 41 60 20 800 0 5 10 10 0 0 0 60 0 32000000" reportez-vous au fichier ici.

Si tous les paramètres sont corrects, au prochain démarrage de votre Pi, vous devriez voir l'affichage à l'écran après un noir de 30 à 40 secondes (de l'alimentation au système charge votre script d'initialisation SPI).

Étape 4: Le clavier et l'audio

Nous avons terminé avec le noyau et la sortie dans les deux dernières étapes. Passons maintenant à la partie Input.

Une console de jeu a besoin de touches et de boutons. Ici, nous avons besoin de 10 commutateurs ALPS SKPDACD010 comme les boutons haut/bas/droite/gauche, LR et A/B/X/Y. Et les touches normales de montage en surface 6x6 sont utilisées pour d'autres boutons comme démarrer/sélectionner et augmenter/diminuer le volume.

Il existe deux façons d'interfacer les boutons avec le Raspberry Pi. Une manière consiste à connecter les boutons directement aux GPIO du Pi et une autre à connecter les boutons à un MCU et à s'interfacer avec le Pi via le protocole USB HID. Ici, j'ai choisi le second, car nous avons de toute façon besoin d'un MCU pour gérer la séquence de mise sous tension et il est plus sûr de garder le Pi à l'écart du contact humain.

Alors, connectez les clés au STM32F103C8T6, puis connectez le MCU au Pi avec USB. Un exemple du programme MCU se trouve à la fin de cette étape. Modifiez les définitions des broches dans hw_config.c et compilez-les avec la bibliothèque USB du MCU trouvée ici. Ou vous pouvez simplement télécharger le fichier hexadécimal directement sur le MCU tant que vous partagez les mêmes définitions de broches dans le schéma à la fin de cette instructable.

Quant aux sorties audio, le schéma officiel du Raspberry Pi 3 B donne un bon moyen de filtrer l'onde pwm et le même circuit devrait parfaitement fonctionner ici. Une chose à souligner est que n'oubliez pas d'ajouter la ligne "audio_pwm_mode=2" à la fin de config.txt afin de réduire le bruit de la sortie audio.

Pour piloter le haut-parleur, un pilote de haut-parleur est nécessaire. Ici j'ai choisi le TDA2822 et le circuit est le circuit officiel BTL. Notez que la prise téléphonique PJ-327 a une broche à détachement automatique sur la sortie droite. Lorsqu'aucun casque n'est branché, la broche 3 est connectée au canal droit. Et dès que le casque est branché, cette broche se détache du canal droit. Cette broche peut être utilisée comme broche d'entrée du haut-parleur et le haut-parleur sera coupé lorsque le casque est branché.

Étape 5: Le pouvoir

Revenons à la section d'alimentation et vérifions la conception détaillée de l'alimentation.

Il y a 3 sections d'alimentation: l'alimentation MCU, le chargeur/booster et les Bucks DC-DC.

L'alimentation MCU est séparée de toutes les autres alimentations car nous en avons besoin pour effectuer la séquence de pré-mise sous tension. Lorsque le bouton d'alimentation est enfoncé, le PMOS connectera la broche EN du LDO à la batterie pour activer le LDO. Le MCU est alors mis sous tension (le bouton est toujours enfoncé). Au démarrage du MCU, il vérifiera si le bouton d'alimentation est enfoncé suffisamment longtemps. Après environ 2 secondes, si le MCU trouve que le bouton d'alimentation est toujours enfoncé, il tirera la broche "PWR_CTL" pour maintenir le PMOS allumé. A ce moment, le MCU prend le contrôle de l'alimentation du MCU.

Lorsque le bouton d'alimentation est à nouveau enfoncé pendant 2 secondes, le MCU exécute la séquence de mise hors tension. À la fin de la séquence de mise hors tension, le MCU libère la broche "PWR_CTL" pour laisser le PMOS s'éteindre et l'alimentation du MCU est alors désactivée.

La partie chargeur/booster utilise l'IC IP5306. Ce circuit intégré est un Soc hautement intégré pour une charge de 2,4 A et une décharge de 2,1 A pour l'utilisation de la banque d'alimentation et il est parfaitement adapté à nos besoins. Le circuit intégré est capable de charger la batterie, de fournir une sortie 5V et d'afficher le niveau de la batterie avec 4 LED en même temps.

La partie DC-DC Buck utilise deux Buck 3A à haute efficacité SY8113. La tension de sortie peut être programmée par 2 résistances. Pour assurer la séquence d'alimentation, nous avons besoin du MCU pour activer le Booster en premier. Le signal KEY_IP simulera une pression de touche sur la broche KEY d'IP5306 et activera le booster 5V interne. Après cela, le MCU activera le buck 3,3 V en tirant la broche RASP_EN vers le haut. Et une fois que 3,3 V sont fournis, la broche EN du buck 1,8 V est tirée vers le haut et active la sortie 1,8 V.

Quant à la batterie, deux batteries Li-ion de 1000mAh suffisent pour la console. La taille normale de ce type de batterie est d'environ 50*34*5mm.

Étape 6: Configuration du système

Dans cette étape, nous allons mettre toutes les configurations ensemble.

Tout d'abord, vous devez télécharger et flasher l'image RetroPie dans une nouvelle carte TF. Tutoriel et téléchargement peuvent être trouvés ici. Téléchargez la version Raspberrypi 2/3. Vous verrez 2 partitions après flasher l'image: une partition "boot" au format FAT16 et une partition "Retropie" au format EXT4.

Lorsque vous avez terminé, ne l'insérez pas dans le Raspberry Pi instantanément car nous devons ajouter une partition FAT32 pour les roms. Utilisez des outils de partition comme DiskGenius pour ajuster la partition EXT4 à environ 5-6 Go et créez une nouvelle partition FAT32 avec tout l'espace libre restant sur votre carte TF. Référez-vous à l'image que j'ai téléchargée.

Assurez-vous que votre système est capable d'identifier le lecteur de carte TF en tant que périphérique USB-HDD et vous verrez 3 partitions dans votre explorateur. Deux d'entre eux sont accessibles et Windows vous demandera de formater celui de gauche. NE PAS le formater !!

Ouvrez d'abord la partition "boot" et suivez l'étape 2 pour configurer les configurations des broches. Ou vous pouvez simplement décompresser le fichier boot.zip sous cette étape et copier tous les fichiers et dossiers sur votre partition de démarrage. N'oubliez pas de copier également le script lcd_init compilé dans la partition de démarrage.

Ici, nous sommes prêts à effectuer le premier démarrage, mais comme il n'y a pas d'affichage, je vous recommande fortement d'utiliser une carte RPI-CMIO avec un périphérique WLAN USB. Ensuite, vous pouvez configurer le fichier wpa_supplicant et activer ssh à cette étape. Cependant, si vous n'avez pas l'intention d'en obtenir un, GPIO32/33 peut être utilisé comme terminal UART. Connectez les broches TX (GPIO32) et RX (GPIO33) à une carte USB vers uart et accédez au terminal avec un débit en bauds de 115200. Dans tous les cas, vous devez obtenir un accès terminal à votre Pi.

Au premier démarrage, le système se bloque lorsque vous essayez d'étendre le système de fichiers. Ignorez-le, appuyez sur démarrer (touche entrée du clavier USB HID) et redémarrez. Sur le terminal, copiez le script lcd_init dans le dossier d'accueil de l'utilisateur "pi" et suivez l'étape 3 pour définir le démarrage automatique. Après un autre redémarrage, vous devriez voir l'écran s'allumer et afficher quelque chose.

À ce moment, votre console de jeu est prête à jouer. Cependant, pour charger des roms et des BIOS dans votre carte TF, vous devez à chaque fois accéder à un terminal. Pour faire simple, je vous suggère de configurer la partition FAT32.

Sauvegardez d'abord le dossier RetroPie sous /home/pi vers RetroPie-bck: "cp -r RetroPie RetroPie-bck". Ajoutez ensuite une nouvelle ligne dans /etc/fstab: "/dev/mmcblk0p3 /home/pi/RetroPie defaults, uid=1000, gid=1000 0 2" pour monter automatiquement la partition FAT32 dans le dossier RetroPie en définissant le propriétaire sur l'utilisateur "pi". Après le redémarrage, vous constaterez que le contenu du dossier RetroPie a disparu (si ce n'est pas le cas, redémarrez à nouveau) et que des erreurs s'affichent à l'écran. Copiez tous les fichiers de RetroPie-bck dans RetroPie et redémarrez à nouveau. Les erreurs devraient disparaître et vous pouvez configurer le périphérique d'entrée en suivant les instructions à l'écran.

Si vous souhaitez ajouter des roms ou des BIOS, débranchez la carte TF lorsqu'elle est éteinte et connectez-la à votre ordinateur. Ouvrez la 3ème partition (N'OUBLIEZ PAS d'ignorer l'astuce de format !!!) et copiez les fichiers dans les dossiers correspondants.

Étape 7: Le boîtier et les boutons imprimés en 3D

J'ai conçu le boîtier de style GameBoy Micro pour la console de jeux.

Il suffit d'imprimer

4x ABXY. STL

2x LR. STL (Besoin d'ajouter un support)

1x CROSS. STL

1x TOP. STL

1x BAS. STL

Je les imprime en utilisant du PLA avec un remplissage de 20%, une couche de 0,2 mm et c'est assez solide.

Comme le boîtier est serré, vérifiez la précision de votre imprimante avec un cube de test avant d'imprimer.

Et trois vis de 5 mm de long φ3 mm et quatre vis de 10 mm de long φ3 mm sont nécessaires pour les assembler.

Étape 8: Tous ensemble et dépannage

Comme le circuit est un peu compliqué, c'est un bon choix pour faire du travail sur les PCB. Le schéma complet et ma propre version de PCB sont téléchargés à la fin de cette étape. Si vous avez l'intention d'utiliser ma version PCB, veuillez ne pas supprimer mon logo sur la couche Top_Solder. Il est préférable de faire votre propre personnalisation et de remettre votre propre fichier PCB au fabricant local pour le faire car il est vraiment difficile d'acheter toutes les mêmes pièces que j'utilise sur mon PCB.

Après avoir soudé tous les composants sur le PCB et testés, la première chose à faire est de télécharger le fichier hexadécimal sur le MCU. Après cela, collez le module LCD sur le PCB. Le module LCD doit être à 3 mm au-dessus du PCB pour tenir dans le boîtier. Utilisez du ruban adhésif double face épais pour le coller. Connectez ensuite le FPC au connecteur et insérez la carte CM3L et TF. NE soudez PAS la batterie maintenant, branchez une source d'alimentation USB et démarrez-la !

Vérifiez tous les boutons et l'affichage. Mesurez la tension entre le BAT+ et GND, vérifiez si la tension est d'environ 4,2V. Si la tension est correcte, débranchez le câble USB et soudez la batterie. Essayez le bouton d'alimentation.

Mettez le bouton CROSS et ABXY dans le boîtier TOP, et placez le PCB dans le boîtier. Utilisez 3 vis pour fixer le PCB dans le boîtier. Ajoutez du ruban adhésif double face épais au dos de tous les boutons SKPDACD010 et collez la batterie dessus. UTILISEZ du ruban adhésif épais pour éviter que les broches du SKPDACD010 n'endommagent la batterie. Collez ensuite le haut-parleur dans le boîtier BOTTOM. Avant de le fermer, vous devrez peut-être essayer tous les boutons, vérifier s'ils fonctionnent et rebondir correctement. Fermez ensuite le boîtier avec 4 vis.

Prendre plaisir.

Quelques conseils de dépannage:

1) Vérifiez trois fois la connexion des broches du module LCD sur le schéma et le PCB.

2) Acheminez les fils de signal LCD avec une contrainte de longueur.

3) Lorsque vous n'êtes pas sûr des sections d'alimentation, soudez et testez chaque section en suivant la séquence d'alimentation. 5V d'abord, puis 3,3V et 1,8V. Une fois toutes les sections de puissance testées, soudez les autres composants.

4) Si l'affichage se brouille fréquemment, essayez d'inverser la polarité du signal PCLK en définissant le dpi_output_format.

5) Si l'affichage est très décentrée, essayez d'inverser la polarité du signal HSYNC ou VSYNC.

6) Si l'affichage est légèrement décentré, essayez d'ajuster les paramètres de surbalayage.

7) Si l'écran est noir, essayez d'attendre que le système démarre avec le script rc.local. Si vous avez besoin d'un affichage dès le départ, essayez de câbler l'interface SPI au MCU et utilisez le MCU pour initialiser le module LCD.

8) Si l'affichage est noir en permanence, vérifiez à nouveau la séquence d'initialisation.

9) N'hésitez pas à poser vos questions ici ou par e-mail: [email protected]