M.2 Para Hackers

Jul 25, 2023

No primeiro artigo M.2, descrevi tipos e casos de uso reais de dispositivos M.2, para que você não fique confuso ao lidar com várias placas e portas disponíveis. Também desenvolvi alguns cartões M.2 e adaptadores que aceitam cartões. E hoje, gostaria de contar tudo o que você precisa saber para construir a tecnologia M.2 por conta própria.

Há dois lados na construção com M.2 – adicionando soquetes M.2 em seus PCBs e construindo os PCBs que são cartões M.2. Abordarei ambos, começando pelo primeiro, e saber como lidar com soquetes M.2 pode ser a única coisa de que você precisa. Além do que vou descrever, há alguns guias decentes dos quais você pode aprender algumas partes, como o guia de design Sparkfun MicroMod, a maioria dos quais é específico do MicroMod, mas inclui algumas dicas e truques 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 uma simples quebra, um soquete M.2 permitirá que você conecte um SSD NVMe para todos os seus necessidades de armazenamento de baixa potência de 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 a esse soquete e conectar uma placa de rede PCIe ou outro dispositivo muito necessário - talvez até 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 cada vez mais popular e acessível. Cobrimos alguém que faz um adaptador voltado para câmeras digitais, permitindo que você use SSDs NVMe no lugar de cartões CFExpress – ambas as interfaces com PCIe como backbone. Um adaptador diferente que vimos permite que você coloque uma placa PCIe WiFi em um Pinebook, ajudando a aumentar bastante 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 disponibiliza um dos poucos RISC-V SoMs disponíveis no momento, chamado LicheeRV, e é um SOM de $ 20 usando dois conectores M.2 B-key com uma pinagem completamente personalizada.

Você pode fazer muito com um grupo de 67 pinos de baixo impacto, ao que parece. Por exemplo, Sparkfun MicroMod é um ecossistema de microcontrolador que faz uso de hardware M.2 com uma pinagem personalizada - no caso do MicroMod, é hardware E-key, com comprimento de cartão personalizado e a localização do parafuso de retenção sendo deslocada para que os cartões WiFi não possam ser conectado. Para amadores, eles são um ecossistema legal e divertido 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 de [Thomas Flummer] foi projetado para CPUs MicroMod e, recentemente, [tzarc] no Hackaday Discord nos disse que eles se divertiram muito construindo um teclado baseado em MicroMod!

Meu próprio trabalho com o M.2 é principalmente sobre como melhorar laptops e dar nova vida ao hardware antigo. Por exemplo, eu construí alguns adaptadores para reviver laptops antigos - ou seja, mPCIe de pegada pequena para adaptadores M.2 M-key NVMe, que eu e meus amigos usamos para colocar SSDs NVMe rápidos e baratos em máquinas antigas, mas ainda utilizáveis . Eu também construí um tesouro de adaptadores chave-a-chave M.2 para os casos de uso de 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 SATA M.2 em seu conector de unidade de inicialização SATA proprietário.

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

O que é preciso para você adicionar um soquete M.2? Mecanicamente, sua pegada, bem como algum espaço livre na placa. Vamos falar primeiro sobre o espaço no tabuleiro. Claro, você pode fazer a placa ficar pendurada no seu PCB – transferindo o problema do "espaço do 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 – um cartão 3042 WWAN tem 30 mm de largura e 42 mm de altura (incluindo a borda do cartão) e um SSD 2280 tem 22 mm de largura e 80 mm de altura. Ao colocar uma pegada em um 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.