Tự chế tạo backplane mới cho NAS gia đình của tôi

• Động lực phát triển backplane PCIe
  • Khi cài NixOS lên NAS Terramaster F2-221, việc phải kết nối SSD USB ngoài để lưu hệ điều hành khá bất tiện nên đã cân nhắc phương án lắp thiết bị lưu trữ bên trong
  • Bo mạch chủ của NAS có khe PCIe x4 nên đã tìm cách tận dụng nó
• Phân tích backplane PCIe
  • Phân tích ảnh chụp review của mẫu 5 khay cùng hãng là F5-422 và xác nhận rằng số cổng SATA được mở rộng bằng 2 bộ điều khiển PCIe-SATA ASMedia ASM1061
  • Truy vết ngược pinout PCIe trên bo mạch chủ F2-221 và xác nhận rằng các lane PCIe cho ASM1061 đã được đi dây sẵn
  • Thông qua phân tích tín hiệu PCIe, đã nhận diện các cặp TX, RX, REFCLK và lập bảng pinout
  • Phân tích mạch nguồn của backplane và xác định rằng nó gồm load switch cho hot-plug và mạch khởi động mềm
• Chế tạo nguyên mẫu
  • Quyết định gắn SSD NVMe M.2 bằng cách tận dụng 1 lane PCIe. Cách này rẻ hơn SATA và cũng đơn giản hơn để triển khai
  • Bố trí đầu nối và linh kiện rồi thiết kế PCB, có tính đến kích thước backplane hiện có và các ràng buộc về vị trí ốc vít
  • Sau khi đặt làm PCB tại JLCPCB, hàn lắp linh kiện và gắn vào NAS để thử nghiệm, đã xác nhận có thể khởi động được
• Chế tạo phiên bản cuối cùng
  • Sửa các vấn đề của nguyên mẫu và làm PCB phiên bản cuối cùng sau khi loại bỏ những test point không cần thiết
  • Sau khi lắp vào NAS, xác nhận hệ thống hoạt động ổn định không vấn đề gì và đã sử dụng bền bỉ trong thời gian dài
  • Công khai các tệp thiết kế cuối cùng trên GitHub

Ý kiến của GN⁺

• Đây là một trường hợp thú vị phân tích rất chi tiết cấu trúc bên trong và thiết kế backplane của NAS Terramaster. Trong bối cảnh thông tin từ nhà sản xuất khá hạn chế, nỗ lực hiện thực hóa chức năng mong muốn bằng reverse engineering là điểm nổi bật
• Việc tận dụng lane PCIe sẵn có để dùng SSD NVMe rẻ và nhanh làm ổ khởi động cho hệ điều hành là điểm rất ấn tượng. So với việc thêm bộ điều khiển SATA, đây có vẻ là lựa chọn hợp lý vì triển khai đơn giản hơn mà vẫn đạt hiệu năng đủ tốt
• Nội dung phân tích load switch và mạch khởi động mềm cho tính năng hot-plug rất đáng chú ý. Đây là một ví dụ chỉ ra rõ những điểm cần cân nhắc trong thiết kế mạch nguồn
• Quy trình thiết kế PCB trong bài viết này có thể sẽ là tài liệu tham khảo tốt cho những người dùng NAS khác có nhu cầu tương tự. Tuy vậy, có lẽ cũng cần cân nhắc thêm các yếu tố như vấn đề bảo hành của Terramaster hay khả năng tương thích với hệ điều hành NAS
• Có vẻ tác giả không có quá nhiều kinh nghiệm thiết kế PCB, nhưng quy trình tạo mẫu theo từng bước và cách giải quyết vấn đề rất ấn tượng. Việc học hỏi thông qua những lần thử và sai như vậy có vẻ sẽ giúp cải thiện kỹ năng thiết kế điện tử

[GN⁺]

Ý kiến trên Hacker News

Tóm tắt:

• Khi hàn gói DFN, người viết chỉ kiểm tra xem có chập giữa nguồn và mass hay không mà không dùng kính hiển vi, rồi chụp cận cảnh bằng camera điện thoại. Để hàn gói DFN mà không cần stencil, cách làm hiệu quả là bôi dư solder paste lên pad rồi ấn IC vào; nhiệt từ Hot Air Station sẽ làm thiếc nóng chảy, IC nổi lên, sau đó dùng nhíp ấn xuống để phần thiếc thừa tràn lên solder mask. Đây là một phương pháp nghe có vẻ điên rồ nhưng rất thú vị.
• Mong muốn có thêm nhiều tiêu chuẩn hóa hơn cho NAS tiêu dùng. Đề xuất ASUSTOR làm backplane/adapter tương thích Mini ITX để vài năm sau có thể thay backplane. Nếu có thể thay motherboard để nâng cấp NAS từ 1Gbps lên 2.5Gbps hoặc 10Gbps thì sẽ kéo dài tuổi thọ của chassis.
• Tác giả thấy ấn tượng khi mọi người sẵn sàng đào sâu vào những dự án có nguy cơ mất tiền thật, giống như khi độ guitar hay phần cứng. Cũng thắc mắc vì sao thị trường cho những hộp nhỏ có thể hack được, nơi phần cứng hoặc phần mềm dễ chỉnh sửa hơn, lại không mấy tồn tại.
• Vấn đề ổ đĩa ngoài của NAS được giải quyết bằng cách gắn nó lên trên NAS bằng băng dán Velcro.
• Dự án này trông ngầu hơn nhiều so với một vỏ NAS tự chế bằng Lego. Tác giả cũng từng tự làm bằng cách nối ổ cứng USB vào hub rồi kết nối với Nvidia Jetson.
• Trên cùng mẫu NAS bản 5 khay, tác giả đã cài TrueNAS Scale bằng USB stick Samsung. Đã chọn loại được dùng rộng rãi cho dashcam Tesla để có phần nào độ bền. Do hiệu năng CPU không đủ nên có kế hoạch nâng cấp lên loại mạnh hơn.
• Tác giả từng cài ZFS trên Mac để dùng với một ổ USB đơn, nhưng khi sao chép file thì hệ thống gần như treo, chuột và bàn phím bị ngắt, hiệu năng I/O giảm mạnh. Mức dùng CPU tăng vọt tới 400%, nhưng không rõ nguyên nhân chính xác.
• Nhờ phỏng đoán, thử sai, kiểm tra mạch và thay thế IC load switch, tác giả đã đạt được một kết quả đáng kinh ngạc và thanh nhã.
• Đây là một dự án rất hay, không phải kiểu dán Arduino vào mọi thứ như một chất kết dính vạn năng.