Création d’un nouveau backplane pour mon NAS domestique

• Motivation pour développer un backplane PCIe
  • En installant NixOS sur un NAS Terramaster F2-221, le branchement d’un SSD USB externe pour stocker le système d’exploitation était peu pratique, ce qui a conduit à réfléchir à une solution de stockage interne
  • La carte mère du NAS dispose d’un slot PCIe x4, d’où la recherche d’un moyen de l’exploiter
• Analyse du backplane PCIe
  • L’analyse de photos de test du modèle 5 baies F5-422 du même fabricant a montré qu’il étendait le nombre de ports SATA à l’aide de deux contrôleurs PCIe-SATA ASMedia ASM1061
  • Le rétrotraçage du brochage PCIe sur la carte mère du F2-221 a confirmé que des lignes PCIe étaient câblées pour l’ASM1061
  • L’analyse des signaux PCIe a permis d’identifier les paires TX, RX et REFCLK et d’établir un tableau de brochage
  • L’analyse du circuit d’alimentation du backplane a montré qu’il était composé d’un load switch pour le hot-plug et d’un slow starter
• Fabrication du prototype
  • Il a été décidé d’utiliser une ligne PCIe pour installer un SSD NVMe M.2. C’est moins cher que le SATA et plus simple à mettre en œuvre
  • En tenant compte des contraintes de taille du backplane existant et de l’emplacement des vis, les connecteurs et composants ont été placés puis le PCB a été conçu
  • Après assemblage des composants sur un PCB fabriqué sur commande chez JLCPCB et installation dans le NAS, les tests ont confirmé que le démarrage était possible
• Fabrication de la version finale
  • Une version finale du PCB a été réalisée après correction des problèmes du prototype et suppression des points de test inutiles
  • Après installation dans le NAS, le fonctionnement a été confirmé sans problème, avec une utilisation stable sur la durée
  • Les fichiers de conception finaux ont été publiés sur GitHub

L’avis de GN⁺

• Il s’agit d’un cas intéressant d’analyse détaillée de la structure interne d’un NAS Terramaster et de la conception de son backplane. Dans un contexte où les informations fournies par le fabricant sont limitées, l’effort de reverse engineering pour obtenir la fonction souhaitée ressort particulièrement
• L’utilisation de lignes PCIe existantes pour employer un SSD NVMe peu coûteux et rapide comme disque de démarrage du système d’exploitation est impressionnante. Cela semble être un choix rationnel, plus simple à mettre en œuvre que l’ajout d’un contrôleur SATA, tout en offrant des performances suffisantes
• L’analyse du load switch et du circuit de slow starter pour la fonction de hot-plug est particulièrement marquante. C’est un bon exemple des points à prendre en compte dans la conception de l’alimentation
• Le processus de conception du PCB présenté dans cet article devrait constituer une bonne référence pour d’autres utilisateurs de NAS ayant des besoins similaires. Il semble toutefois qu’il faille aussi prendre en compte des éléments comme la garantie Terramaster ou la compatibilité avec le système d’exploitation du NAS
• L’auteur ne semble pas avoir une grande expérience de la conception de PCB, mais le prototypage progressif et la manière de résoudre les problèmes sont impressionnants. Cet apprentissage par essais et erreurs devrait aider à améliorer ses compétences en conception électronique

[GN⁺]

Commentaire Hacker News

Résumé :

• Lors de la soudure de boîtiers DFN, la vérification s’est limitée à l’absence de court-circuit entre l’alimentation et la masse, sans microscope, avec seulement quelques gros plans pris au smartphone. Pour souder un boîtier DFN sans pochoir, une méthode efficace a consisté à déposer trop de pâte à souder sur les pads, à presser l’IC en place, puis à laisser la chaleur de la station à air chaud faire fondre la soudure et remonter légèrement l’IC, avant de le maintenir avec une pince pour pousser l’excédent de soudure sur le masque de soudure. C’est une méthode un peu folle, mais amusante.
• Souhait que davantage de standardisation existe pour la fabrication de NAS grand public. Suggestion faite à ASUSTOR de produire un backplane/adaptateur compatible Mini ITX afin de pouvoir remplacer le backplane dans quelques années. Si l’on pouvait changer la carte mère pour faire évoluer un NAS 1 Gbps vers du 2,5 Gbps ou du 10 Gbps, cela prolongerait la durée de vie du châssis.
• Admiration devant la volonté des gens de s’investir à fond dans des projets où ils risquent de perdre de l’argent réel, comme lorsqu’on modifie une guitare ou du matériel. Question sur l’absence apparente de marché pour de petits boîtiers hackables, plus faciles à modifier matériellement ou logiciellement.
• Le problème des disques externes du NAS a été résolu en les fixant au-dessus du NAS avec du Velcro.
• Ce projet paraît bien plus cool qu’un boîtier NAS artisanal fait en Lego. Quelqu’un a réalisé le sien en branchant des disques durs USB sur un hub, lui-même connecté à un Nvidia Jetson.
• Installation de TrueNAS Scale sur la même version 5 baies du NAS à l’aide d’une clé USB Samsung. Le choix s’est porté sur un modèle largement utilisé pour les dashcams Tesla afin d’avoir un minimum de durabilité. Les performances CPU étant insuffisantes, un passage à quelque chose de plus puissant est prévu.
• ZFS a été installé sur un Mac pour l’utiliser avec un unique disque USB, mais les performances d’E/S se sont fortement dégradées : le système ne répondait plus pendant les copies de fichiers, la souris et le clavier se coupaient, etc. L’utilisation CPU est montée jusqu’à 400 %, sans que la cause exacte soit identifiée.
• Un résultat étonnant et élégant a été obtenu au moyen de suppositions, d’essais-erreurs, d’inspections de circuit et du remplacement de l’IC de load switch.
• Excellent projet, qui ne consiste pas simplement à coller un Arduino sur tout et n’importe quoi.