Entwicklung einer neuen Backplane für mein Heim-NAS

 (codedbearder.com)
2 Punkte von GN⁺ 2024-04-30 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen
  • Motivation für die Entwicklung der PCIe-Backplane
    • Bei der Installation von NixOS auf einem Terramaster F2-221 NAS war der Anschluss einer externen USB-SSD zur Speicherung des Betriebssystems umständlich, daher wurde über eine Möglichkeit zum Einbau eines internen Speichermediums nachgedacht
    • Auf dem Mainboard des NAS gibt es einen PCIe-x4-Slot, daher wurde nach einer Möglichkeit gesucht, diesen zu nutzen
  • Analyse der PCIe-Backplane
    • Durch die Analyse von Review-Fotos des 5-Bay-Modells F5-422 desselben Herstellers wurde bestätigt, dass die Anzahl der SATA-Ports mit zwei ASMedia-ASM1061-PCIe-SATA-Controllern erweitert wurde
    • Durch Reverse Engineering der PCIe-Pinbelegung des F2-221-Mainboards wurde bestätigt, dass PCIe-Lanes für den ASM1061 verdrahtet sind
    • Durch Analyse der PCIe-Signale wurden TX-, RX- und REFCLK-Paare identifiziert und eine Pinbelegungstabelle erstellt
    • Durch Analyse der Stromversorgungsschaltung der Backplane wurde festgestellt, dass sie aus einem Load Switch für Hot-Plug und einem Slow Starter besteht
  • Bau des Prototyps
    • Es wurde entschieden, eine NVMe-M.2-SSD über eine PCIe-Lane zu verwenden. Sie ist günstiger als SATA und einfacher umzusetzen
    • Unter Berücksichtigung der Größen- und Schraubpositionsbeschränkungen der vorhandenen Backplane wurden Stecker und Komponenten angeordnet und das PCB entworfen
    • Nach dem Bestücken des bei JLCPCB bestellten PCB mit Bauteilen und dem Einbau in das NAS bestätigten Tests, dass ein Booten möglich ist
  • Erstellung der finalen Version
    • Die Probleme des Prototyps wurden behoben und eine finale PCB-Version ohne unnötige Testpunkte gefertigt
    • Nach dem Einbau in das NAS wurde bestätigt, dass alles problemlos funktioniert und seit Langem stabil im Einsatz ist
    • Die finalen Designdateien wurden auf GitHub veröffentlicht

Meinung von GN⁺

  • Ein interessanter Fall mit einer detaillierten Analyse der internen Struktur und des Backplane-Designs eines Terramaster-NAS. Besonders hervorzuheben ist der Aufwand, mit dem per Reverse Engineering die gewünschte Funktion umgesetzt wurde, obwohl vom Hersteller nur wenige Informationen verfügbar waren
  • Beeindruckend ist die Nutzung vorhandener PCIe-Lanes, um eine günstige und schnelle NVMe-SSD als Boot-Laufwerk für das Betriebssystem einzusetzen. Im Vergleich zum Hinzufügen eines SATA-Controllers wirkt dies wie eine einfache und zugleich vernünftige Lösung mit ausreichender Leistung
  • Bemerkenswert ist auch die Analyse der Load-Switch- und Slow-Starter-Schaltung für die Hot-Plug-Funktion. Sie zeigt gut, welche Punkte bei der Auslegung der Stromversorgung berücksichtigt werden müssen
  • Der in diesem Beitrag beschriebene PCB-Designprozess dürfte für andere NAS-Nutzer mit ähnlichen Anforderungen eine gute Referenz sein. Allerdings scheinen auch Faktoren wie Garantiefragen bei Terramaster oder die Kompatibilität des NAS-Betriebssystems berücksichtigt werden zu müssen
  • Der Autor scheint noch nicht viel Erfahrung im PCB-Design zu haben, doch der schrittweise Prototyping- und Problemlösungsprozess ist beeindruckend. Solches Lernen durch Versuch und Irrtum dürfte zur Verbesserung der Fähigkeiten im Schaltungsdesign beitragen

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1 Kommentare

 
GN⁺ 2024-04-30
Hacker News-Kommentare

Zusammenfassung:

  • Beim Löten von DFN-Packages wurde ohne Mikroskop nur auf Kurzschlüsse zwischen Stromversorgung und Masse geprüft, und Nahaufnahmen wurden mit der Handykamera gemacht. Um DFN-Packages ohne Schablone zu löten, erwies sich folgende Methode als effektiv: übermäßig viel Lötpaste auf die Pads geben, den IC hineindrücken, die Paste mit der Hitze der Hot Air Station schmelzen lassen, woraufhin der IC leicht nach oben steigt, und ihn dann mit einer Pinzette herunterdrücken, sodass überschüssiges Lot über den Lötstoppmaskenbereich herausgedrückt wird. Das ist zwar verrückt, aber eine unterhaltsame Methodik.
  • Es wäre wünschenswert, wenn es bei Consumer-NAS mehr Standardisierung gäbe. ASUSTOR sollte in Erwägung ziehen, ein Mini-ITX-kompatibles Backplane/einen Adapter anzubieten, damit man in einigen Jahren die Backplane austauschen kann. Wenn sich durch einen Mainboard-Tausch ein 1-Gbps-NAS auf 2.5Gbps oder 10Gbps aufrüsten ließe, könnte das die Lebensdauer des Gehäuses verlängern.
  • Beeindruckend ist, wie bereitwillig Menschen tief in Projekte einsteigen, bei denen man wie beim Modifizieren von Gitarren oder Hardware echtes Geld verlieren kann. Es stellt sich die Frage, warum es kaum einen Markt für hackbare kleine Boxen gibt, bei denen sich Hardware oder Software leicht modifizieren lässt.
  • Das Problem mit externen Laufwerken am NAS wurde gelöst, indem sie mit Klettband oben auf dem NAS befestigt wurden.
  • Dieses Projekt sieht viel cooler aus als ein selbstgebautes NAS-Gehäuse aus Lego. Es wurde gebaut, indem USB-Festplatten an einen Hub angeschlossen und dann mit einem Nvidia Jetson verbunden wurden.
  • Auf derselben NAS in der 5-Bay-Version wurde TrueNAS Scale mit einem Samsung-USB-Stick installiert. Es wurde ein Modell gewählt, das häufig für Tesla-Dashcams verwendet wird, um eine gewisse Haltbarkeit sicherzustellen. Die CPU-Leistung reicht jedoch nicht aus, weshalb ein Upgrade auf etwas Stärkeres geplant ist.
  • ZFS wurde auf einem Mac installiert und mit einem einzelnen USB-Laufwerk ausprobiert, doch beim Kopieren von Dateien reagierte das System nicht mehr, Maus und Tastatur setzten aus, und die I/O-Leistung brach stark ein. Die CPU-Auslastung stieg auf bis zu 400 %, aber die genaue Ursache blieb unklar.
  • Durch Vermutungen, Versuch und Irrtum, Schaltungsprüfung und den Austausch des Load-Switch-ICs wurde ein überraschendes und elegantes Ergebnis erzielt.
  • Ein großartiges Projekt, bei dem nicht einfach ein Arduino als Allzweck-Klebstoff auf alles geklebt wird.