M.2 para hackers

No primeiro artigo M.2, descrevi tipos e casos de uso reais de dispositivos M.2, para que você não se confunda ao lidar com várias placas e portas disponíveis no mercado. Eu também projetei algumas placas M.2 e adaptadores que aceitam placas. E hoje gostaria de contar tudo o que você precisa saber para construir a tecnologia M.2 por conta própria.

A construção com M.2 tem dois lados: adicionar soquetes M.2 às suas PCBs e construir PCBs que são placas M.2. Abordarei ambos, começando pelo primeiro, e saber como lidar com soquetes M.2 pode ser a única coisa que você precisa. Além do que irei descrever, existem alguns guias decentes com os quais você pode aprender alguns detalhes, como o guia de design Sparkfun MicroMod, a maioria dos quais é específico do MicroMod, mas inclui algumas dicas e truques do M.2 também.

O que você poderia fazer com um soquete M.2 em seu PCB? Para começar, muitos SoMs e CPUs saborosos para amadores agora têm uma interface PCIe acessível, e se você estiver construindo uma placa de desenvolvimento ou um simples breakout, um soquete M.2 permitirá que você conecte um SSD NVMe para todos os seus alto-falantes. necessidades de armazenamento de baixa potência e velocidade - muitas placas-mãe Raspberry Pi Compute Module têm soquetes M.2 M-key especificamente para isso, e há suporte NVMe no firmware RPi para inicializar. Além disso, você sempre pode conectar um adaptador PCIe de tamanho normal ou um extensor em tal soquete e conectar uma placa de rede PCIe ou outro dispositivo muito necessário – talvez até mesmo uma GPU externa! No entanto, por mais que os SoMs equipados com PCIe sejam saborosos, eles estão longe de ser o único motivo para usar soquetes M.2.

O próprio PCIe é uma interface que está aumentando em popularidade e acessibilidade. Abordamos alguém que faz um adaptador voltado para câmeras digitais, permitindo que você use SSDs NVMe no lugar de cartões CFExpress – ambas interfaces com PCIe como backbone. Um adaptador diferente que vimos permite colocar uma placa PCIe WiFi em um Pinebook, ajudando a aumentar um pouco a velocidade do WiFi. E claro, não é apenas PCIe, nem mesmo quando acoplado a SATA ou USB. Você gostaria de projetar um SBC compatível com Linux RISC-V em uma placa sua? Bem, a Sipeed fabrica um dos poucos SoMs RISC-V disponíveis no momento, chamado LicheeRV, e é um SOM de US$ 20 usando dois conectores M.2 B-key com uma pinagem totalmente personalizada.

Acontece que você pode fazer muito com um grupo de 67 pinos de baixo impacto. Por exemplo, Sparkfun MicroMod é um ecossistema de microcontrolador que faz uso de hardware M.2 com pinagem personalizada – no caso do MicroMod, é hardware E-key, com comprimento de placa personalizado e localização do parafuso de retenção sendo deslocados para que as placas WiFi não possam ser conectado. Para os amadores, eles são um ecossistema limpo e descolado, com toneladas de CPUs e sensores diferentes para brincar – em termos de negócios, eles nos permitem avaliar uma variedade de processadores diferentes para nossos aplicativos. Na verdade, o distintivo Remoticon do ano passado feito por [Thomas Flummer] foi projetado para CPUs MicroMod e, recentemente, [tzarc] no Hackaday Discord nos disse que se divertiram muito construindo um teclado baseado em MicroMod!

Meu próprio trabalho com M.2 é principalmente para melhorar laptops e trazer nova vida a hardware antigo. Por exemplo, eu construí alguns adaptadores para reviver laptops antigos – ou seja, adaptadores mPCIe de pequeno porte para M.2 M-key NVMe, que eu e meus amigos usamos para colocar SSDs NVMe rápidos e baratos em máquinas antigas, mas ainda utilizáveis . Também construí uma coleção de adaptadores M.2 chave a chave para os casos de uso dos meus amigos, como um que permite substituir uma placa WiFi A/E por um SSD M-key, ou vice-versa, e um adaptador para placas Apple Xserve para usar SSDs M.2 SATA em seu conector de unidade de inicialização SATA proprietário.

Há muita diversão com os soquetes M.2. Agora como?

O que é necessário para adicionar um soquete M.2? Mecanicamente, sua pegada, bem como algum espaço livre no tabuleiro. Vamos falar primeiro sobre o espaço do tabuleiro. Claro, você pode fazer a placa ficar pendurada na sua PCB – transferindo o problema da área do “espaço da PCB” para a área do “espaço dentro do seu gabinete”, mas você ainda precisa levar em conta o tamanho. O tamanho do cartão M.2 é descrito com quatro dígitos no formato WWHH, que são largura e altura em milímetros – uma placa WWAN 3042 tem 30 mm de largura e 42 mm de altura (incluindo a borda da placa), e um SSD 2280 tem 22 mm de largura e 80 mm de altura. Ao colocar uma pegada em uma PCB, a localização exata da borda do cartão relacionada à pegada será mostrada explicitamente na folha de dados ou pode ser inferida a partir da imagem da seção transversal.