非常にコンパクトなCorei7タブレットの構築

こんにちは、Habr！自家製のかなり強力なタブレットPCを組み立てるための長引くペットプロジェクトの私の注文についてお話ししたいと思います。プロセスはまだ完了していません。現在の状態は「動作中のプロトタイプ」と呼ぶことができます。しかし、いくつかの予備的な結果が達成されたので、私は主要なアイデアを共有したいと思います。

なぜそれが必要なのですか

数年前、自家製のタブレットコンピューターを組み立てるというアイデアが思い浮かびました。 2000年代の終わりには、いわゆるUMPCが人気を博しました。x86アーキテクチャプロセッサをベースにしたデバイスで、デスクトップコンピュータ用の通常のプログラムをすべて実行できます（すべてではありませんが、ハードウェアの能力で可能なもの）が、同時にズボンのポケットに収まらない場合でも適合します。その後、少なくともあなたの冬のジャケットのポケットに。多くの場合、このようなデバイスには、タッチスクリーンに加えて、「重量で」作業するために最適化されたフォームファクターのQWERTYキーボードと、マウスカーソルを正確に配置するためのタッチパッドまたはトラックボールがありました（当時のタッチスクリーンとインターフェイスの精度が低いことを考えると、これは特に重要でした」小さな画面やタッチ入力用に設計されていないデスクトッププログラム）。当時、多くの人が未来はそのような装置に属すると考えていました。彼らは仕事の真のヘルパーになるはずであり、オフィスや自宅だけでなく、一般的にどこでも仕事をすることができます。同時に、ガジェットを置くための水平面がある必要はありません。私自身、これらのデバイスの1つの所有者でした。私のUMPCは、QWERTYキーボード、タッチパッド、7インチのタッチスクリーンを備えた水平スライダーフォームファクターでした。そして、このデバイスは本当に時間を節約するのに役立ちました。彼の助けを借りて、私の論文の重要な部分が完成しました。説明文が書かれただけでなく、プログラムコードも書かれ、コンパイルされ、デバッグされました。私は大学に行く途中、仕事に行く途中、そして家に帰る途中の地下鉄でこれをすべて正しくやりました、このため、座席を探す必要すらありませんでした。デバイスのサイズと形状により、立ったまま静かに作業することができました。何時間もの旅行が無駄にならず、家に帰ったとき、私は他のことをするために夜を過ごす余裕がありました。



しかし、永遠の装置はなく、電子機器は急速に時代遅れになりつつあります。私のUMPCは当初、当時の基準でも非常に弱いハードウェアを持っていましたが、数年後、最も単純なタスクでも使用できなくなりました。私は長い間彼の代わりを探すことを試みましたが、そのようなデバイスは時代遅れになり、生産されなくなりました。それから（数年後）私はそのような装置を自分で組み立てることに決めました。その結果、組み立て工程に非常に時間がかかり、はめ込みと始動に従事すると同時に、はんだ付け鉄での作業のスキルを高めました。今では多くのことを放棄しなければならず、デバイスの外観にはまだ多くの要望が残されています。しかし奇妙なことに、デザインに対する絶対にアマチュア的なアプローチにもかかわらず、一般的に、デバイスは効率的であることが判明しました。

自家製のラップトップについて重要なこと

インターネット上には、さまざまな自家製のラップトップコンピューターに関する多くの説明があります。さまざまなコンパクトなフォームファクタの産業用マザーボードが、それらのベースとしてよく使用されます。これらのマザーボードには通常、低消費電力または超低消費電力のCPU、メモリスロット「ラップトップ」SO-DIMMフォームファクタまたはすでにはんだ付けされたメモリ、およびラップトップ画面を接続できるLVDSコネクタが含まれています。私も同じように行きました。しかし、私が長い間解決できなかった主な問題は、組み立てられたコンピューターを「ポータブルと見なす」方法、つまり、オペレーティングシステムレベルでバッテリーの存在を「認識」し、現在の状態と残りの予測を表示する方法でした。上映時間、さまざまな電力消費モード（最大省電力モードを含む）をサポートし、これらのモードを数回クリックするだけで切り替えることができ、複雑な一連のアクションではありません。バッテリーレベルが大幅に低下した場合、電圧が大幅に低下して作業が中断される前に、自動的に休止モードになります。 「緊急」注文。私が見つけた自作のウェアラブルデバイスのすべての説明で、この問題は回避されたか、デバイスドライバーの開発、主要なシステムモジュールの変更、または新しいモジュールの作成（多くの場合Arduinoに基づく）に最もオープンなソースコードと絶好の機会を備えたオペレーティングシステムが使用されました。 Windowsを含む従来の「デスクトップ」オペレーティングシステムのサポートを提供する必要がありました。奇妙なことに、に関する適切な情報はありませんWindows互換のバッテリー管理を行う方法、私は見つけていません。これは私にとってまだ驚くべきことであり、おそらく私は間違った場所を探していたのかもしれませんが、それにもかかわらず、以下に説明するアイデアが私自身で頭に浮かんだので、ここでそれについて話します。



そこで、ACPI規格に対応したバッテリーコントローラーが必要だと気づきました。そして、私はこの規格をサポートするいくつかの断続的でない電源があることを知っていました。このようなUPSが（USBポートを介して）接続されているコンピューターでは、標準のWindowsバッテリーアイコンがタスクバーに表示され、上記のすべての機能も一緒に表示されます。私はすでに同様のUPSを購入し、そこからコントロールボードを一掃し、新しいバッテリー特性のために再フラッシュしようと考えていましたが、OpenUPSと呼ばれるデバイスを使用するより簡単な方法を見つけました。このデバイスは、さまざまなニーズに合わせて簡単にカスタマイズできるユニバーサルバッテリーコントローラーボードです。さまざまなタイプのバッテリー（鉛とリチウムポリマーの両方）とさまざまな数のバッテリーセルをサポートします。充電時にセルのバランスをとる機能もあり、グラフィカルなインターフェースを備えた特別なプログラムを使用して、必要なすべてのパラメータを非常に簡単に設定できます。これが私が必要としていたものでした。

コンポーネントセット

このようにして、デバイスの一般的な概念が形成されました。次の必須コンポーネントが含まれている必要があります。

• PicoITXマザーボード;
• OpenUPSバッテリーコントローラー;
• 直列に接続された4セルのリチウムポリマーバッテリー（最小充電でも少なくとも12ボルトの供給電圧を提供するため）。
• LVDSコネクタ付きの画面、マルチタッチモードをサポートするコントローラ付きの内蔵または個別のタッチパネル。

さらに、デバイスのサイズとバッテリー容量の範囲内で、追加のコンポーネントが可能です。デバイスをスマートフォンとして使用できるように、GSMモジュールを内蔵し、可能であれば音声機能を搭載することが非常に望ましいです。また、画面の下にある（水平スライダーの形でスライドする）か、画面の両側に2つの半分で構成される物理的なQWERTYキーボードをデバイスに装備したいと思います。結局のところ、これはソーシャルネットワークで写真を見るだけでなく、仕事のためのデバイスであるべきですか？



さらに：

• プロセッサは、消費電力が削減されたx86-64アーキテクチャの「ノートブック」シリーズである必要がありますが、同時に利用可能な最も強力なものである必要があります。
• デバイスを画面の狭い側で持っていくと（つまり、タイトルの写真に示されているように）、デバイスは手のひらに正常に収まり、少なくともどういうわけか、私のすべてのジャケットの少なくとも最大のポケットに収まるはずです-冬と夏。冬のジャケットは簡単です-彼らは通常大きなポケットを持っています。夏はもっと難しいです。

これは大まかに私が取得したかったものです。







まあ、境界条件が定義されており、いくつかの詳細はすでに選択されています。仕事に行く！

ビルドプロセス

さまざまなPicoITXマザーボードを調べた後、AxiomtekPICO512モデルを見つけました。 Intel Core i7-7600Uプロセッサを搭載しており、少なくとも当時は、私が見つけた中で最も強力なオプションでした。最大16GBの容量を持つ1つのSO-DIMMフォームファクターRAMモジュールをボードに取り付けることができます。最も強力なデバイスを構築したかったので、すぐに16ギガバイトのRAMとテラバイトのmSATASSDを購入しました。



すぐに冷却に問題がありました。いつものように、ボードは巨大なアルミニウムラジエーターによって冷却され、その寸法により、ボードは正式にのみPicoITX規格を満たしていると見なすことができました。ラジエーターの寸法はボード自体の寸法を大幅に上回りました。明らかな理由で、このオプションは私には合いませんでした。そのため、プロセッサに取り付けられた非常に小さな銅製のヒートシンクを使用することにしました。反対側では、このヒートシンクを熱ペーストを介してデバイスのアルミニウム製の一般的なフレームに取り付ける必要があります。同時に、フレームはそのような追加のersatzラジエーターになるはずです。銅製のラジエーターの側面に小さなラップトップファンを配置する必要がありますが、残念ながら液冷式のラップトップタイプでは成功しませんでした。サーマルチューブには行き場がありませんでした-デバイスは非常に小さくなければなりません、唯一の空き領域はプロセッサの真上でした。新しい冷却システムではまったく対応できないのではないかと心配していました。しかし、理想からはほど遠いものの、すべてがそれほど怖いわけではないことが判明しました。 「オフィス」モードでは、冷却システムがプロセッサの熱放散に対処します。全負荷で、それは約数分間続きます-その後、過熱とスロットルが始まります。これはゲームには適していませんが、プログラマーの日常業務（プロセッサーがほとんどアイドル状態のときにコードを長時間記述し、このコードをできるだけ早くコンパイルします）では、このような冷却システムは正常に現れます。そして、いくつかの遠い計画では-蒸発チャンバーを使用しようとすること。おそらくそれは、ヒートシンクを理想的なものにするのに役立つでしょう。理想からは程遠いですが、すべてがそれほど怖いわけではありません。 「オフィス」モードでは、冷却システムがプロセッサの熱放散に対処します。全負荷で、それは約数分間続きます-その後、過熱とスロットルが始まります。これはゲームには適していませんが、プログラマーの日常業務では（プロセッサーがほとんどアイドル状態のときにコードを長時間記述し、このコードをできるだけ早くコンパイルします）、このような冷却システムは正常に現れます。そして、いくつかの遠い計画では-蒸発チャンバーを使用しようとすること。おそらくそれはヒートシンクを理想的なものにするのに役立つでしょう。理想からは程遠いですが、すべてがそれほど怖いわけではありません。 「オフィス」モードでは、冷却システムがプロセッサの熱放散に対処します。全負荷で、それは約数分間続きます-その後、過熱とスロットルが始まります。これはゲームには適していませんが、プログラマーの日常業務（プロセッサーがほとんどアイドル状態のときにコードを長時間記述し、このコードをできるだけ早くコンパイルします）では、このような冷却システムは正常に現れます。そして、いくつかの遠い計画では-蒸発チャンバーを使用しようとすること。おそらくそれは、ヒートシンクを理想的なものにするのに役立つでしょう。しかし、プログラマーの日常業務では（プロセッサーがほとんどアイドル状態のときにコードを長時間記述し、次にこのコードをできるだけ早くコンパイルします）、そのような冷却システムは正常に現れます。そして、いくつかの遠い計画では-蒸発チャンバーを使用しようとすること。おそらくそれは、ヒートシンクを理想的なものにするのに役立つでしょう。しかし、プログラマーの日常業務（プロセッサーがほとんどアイドル状態のときにコードを長時間記述し、このコードをできるだけ早くコンパイルする）では、このような冷却システムは正常に現れます。そして、いくつかの遠い計画では-蒸発チャンバーを使用しようとすること。おそらくそれは、ヒートシンクを理想的なものにするのに役立つでしょう。



ファンに関しては、追加の問題がありました。マザーボードからファンまでの配線は2本だけでした。ファン制御プログラムは、システム内にその存在をまったく見ていませんでした。これは、その速度がまったく調整されておらず、必要がない場合でも常に同じ最大速度で回転することを意味します。バッテリー消費とデバイスノイズの観点から、これは良くありませんでした。しかし、サーミスタによって制御されるトランジスタを介してファンを接続するだけで、問題が解決するはずだと思いました。



対角5.6インチの画面を選びました。 LVDSコネクタと1280x800ピクセルの解像度を持つモデルを見つけました。現代の基準では、この解像度は非常に小さいですが、そのような小さな画面の場合は十分に思えます（特に、小さな画面用に設計されていない「デスクトップ」オペレーティングシステムの場合）。画面、マザーボード（10 x 7 cm）、バッテリーコントローラーボード（実際には、10 x 5 cmと大きすぎ、巨大なコンデンサーが突き出ている）の寸法を考慮して、デバイスの全体的な寸法を大まかに決定しました。長さは21cm強、幅は-9cmになります。厚みは…はい、ここはすべて悪いです。 3cm以上4cmに近い。誰かがすでにチーズを切ることができると言っている現代のスマートフォンと比較すると、これはただの惨事です。しかし、10分の0回転のUMPC標準によれば、これらは通常のサイズです。そして、同様のデバイスの手のひらに非常に快適に横たわる必要があります。



これは、デバイスの他のすべてのコンポーネントが接続されているアルミニウムフレームの外観です。建材店で買ったいつもの角からフレームを折りました。これにより、動作するプロトタイプを組み立てることができましたが、後で何らかの工場の方法で新しいフレームの製造を注文しようと思います。







フレームの上下に2枚のプラスチックカバーが付いています。上の方がスクリーンフレーム、下の方がバッテリーコンパートメントです。 3D印刷会社にプラスチック部品を注文しました。画面にはタッチパネルが入っていましたが、抵抗性だったので、別の容量パネルを探す必要がありました。必要なサイズの既製のパネルを選択することは事実上ありませんでした、そして、多かれ少なかれ適切な標本だけがスクリーンよりわずかに広いことがわかりました。パネルは、画面の表示領域の実際のサイズに合わせて調整することができましたが、そのエッジは側面に強く突き出ており、他のものを配置できる貴重な表面を占めています。



バッテリーは簡単に取り外し可能です。その4つのセルは、片側が平らな接点を持つ別のプラスチックケースに挿入されます。それらの嵌合接点はフレームに固定されています。タブレットの背面にはラッチがあり、バッテリーをデバイスから簡単に取り外すことができます。







各バッテリーセルは、通常の3500mAhリチウムポリマーバッテリーです。計算によると、これは「オフィス」モードでのデバイス操作の約5時間には十分であるはずです。しかし残念ながら、実際のバッテリー容量は宣言されたものの2分の1であることが判明しました。また、コントローラーの「バグ」もありました。バッテリー容量を減らす可能性を適切に考慮する方法がわかりません。設定で設定された数-私たちはとても頼りにしています。バッテリーが放電すると、OpenUPSドライバーは、私が理解しているように、消費されたエネルギーから現在の充電量を計算します（つまり、電力を積分し、合計容量の元のハードコードされた値から結果の値を差し引きます）...そして突然、バッテリーが完全にゼロであることがわかります。不便。どうしたらいいのかまだわかりません。

現在の結果

残念ながら、さらに作成のプロセスは数年遅れました。十分な空き時間がなく、膨大な数の技術的な問題が発生しました。これらの問題のほとんどは、非常にコンパクトなケースに膨大な数のコンポーネントをどのように収めるかに起因していました。私はもともと、すべての追加コンポーネントがはんだ付けされる一般的な「周辺ボード」を何らかの方法で設計および製造したいと考えていました。しかし、これまでのところ、これを行うのに十分な時間がありません。したがって、プロトタイプを作成するには、初心者の住宅建設業者の最高の伝統では、そこに収まる可能性のあるすべての既製のボードをケースに詰め込む必要がありました。言い訳として、私の古いUMPCは、工場で組み立てられたものの、多数の小さなスカーフで構成されていたと言えます。



これは、現在のデバイスの外側の全体像です。側面からは1つのUSBポートが見え（後でもっと多くなることを願っていますが、これには追加のハブが必要になります）、標準の3.5mmのオーディオ入力/出力の組み合わせも表示されます。また、同じ端にデバイスをオンにするボタンがあります。トップカバーの下の端に沿って換気スロットが見えます。







反対側のエッジは、上記のトップカバーのないフレームの写真で最もよく見られます。 HDMIコネクタはこの端にあります。マザーボード上のその隣にはLANコネクタがありますが、これは私が必要とせず、率直に言って干渉します。これがなければ、デザインを数ミリメートル薄くすることができます。ケースに穴をあけませんでした。また、HDMIの横に突き出ている電源コネクタも完全に不要であり、現在の構成では有害ですらあります。電力は、バッテリーコントローラーボードを介して、さらに標準コネクタの隣にあるマザーボードの穴にはんだ付けされているワイヤーに沿って供給されます。標準コネクタは完全に蒸発させる必要があり、これは私の当面の計画です。



電源を入れたときのデバイスの外観は次のとおりです。







ハードウェアキーボードはまだ作られていませんが、近い将来、この重要な要素を実装したいと思っています。その後、デバイスを本来の目的に使用できます。キーボードをマザーボードの最も薄い部分の端に配置できることを願っています。デバイスは、当初意図したとおり、水平スライダーのフォームファクターを取ります。 Habréで自家製のキーボードを作ることについての記事はすでにありますので、私も同じ方法でキーボードを作ることができることを願っています。



そして、私はすでに音声通話をサポートするGSMモジュールをインストールしようとしました（ここでも、別の既製のボードの形で）。それは機能し、使用できましたが、現在の構成ではケースに少し収まらず、文字通り数ミリメートル突き出ていました。これまでのところ、私はそれを削除しました。すべてのコンポーネントを少し動かすことができれば、それは収まるはずです。そして、Corei7をベースにした自分のパーソナルスマートフォンを手に入れます。

主な結論

もちろん、このデバイスは今でもかなり「生」です。私はそれを多かれ少なかれ実行可能な状態にすることができましたが、私がそれをまったく放棄しなければ、さらなる開発にはさらに何年もかかる可能性があります。では、ここで共有できるこのプロジェクトの最も重要な結果は何ですか？これがまさに「産業用マザーボード+ OpenUPSコントローラーなど」の構想だと思います。このようなスキームにより、電子機器にあまり精通していない人でも、あらゆるニーズに合わせて完全に機能するラップトップコンピューターを組み立てることができます。また、特定のデバイスを作成するときに、コンポーネント用のスペースの不足に常に苦労して妥協しなければならない場合、そのようなプラットフォーム上の通常サイズのタブレットまたはラップトップでは、これらの問題は発生しません。それらは必要な周辺機器に簡単に適合します。私は覚えています少し前に、Khabrovitesの何人かは、ソーシャルネットワークの表示にのみ適したデバイスの優位性について、私のように不平を言って、「仕事用の通常のラップトップ」をすでに夢見ていました。私のデバイスと同じ原理で、彼は強い願望を持って、自分自身を「夢のラップトップ」にすることができるでしょう。そして、そのようなコンピューターは簡単にアップグレードできます。もちろん、RAMと長期ストレージを交換することは可能ですが、必要に応じて、新しいマザーボードのフォームファクターが古いものと同じであれば、マザーボードを変更することもできます。そして、そのようなコンピューターは簡単にアップグレードできます。もちろん、RAMと長期ストレージを交換することは可能ですが、必要に応じて、新しいマザーボードのフォームファクターが古いものと同じであれば、マザーボードを変更することもできます。そして、そのようなコンピューターは簡単にアップグレードできます。もちろん、RAMと長期ストレージを交換することは可能ですが、必要に応じて、新しいマザーボードのフォームファクターが古いものと同じであれば、マザーボードを変更することもできます。



最後に、いつか誰かがスタートアップを組織して、ユニバーサルな「産業用マザーボードからラップトップへのコンバーター」を開発することを夢見たいと思います。これは、OpenUPSに似たACPI互換のバッテリーコントローラーといくつかの標準的なラップトップ周辺機器を備えたボードです。まず第一に、ワイヤレスインターフェース、おそらくタッチパネルコントローラーも必要です（異なるメーカーや異なる規格のパネルを接続するのに十分なユニバーサル性がある場合）。このようなデバイスの作成により、通常のDIY愛好家は独自のラップトップやタブレットを開発できるようになります。それらは、2滴の水など、互いに類似した、同じタイプの既存のデバイスの膨大な数を希釈する可能性があります。



誰がそのようなプロジェクトに着手しますか？