Como construir um roteador doméstico por software e um NAS com o ReComputer

1. Preparação de hardware

• Placa-mãe ReComputer: 8GB de RAM + 64GB eMMC neste caso.
• SSD: Para construir um NAS, precisamos de unidades de disco de alta capacidade além do eMMC original de 64GB. É recomendado usar SSDs, que têm uma vida útil muito maior do que HDDs e assim não há necessidade de considerar RAID. Podemos escolher m.2 SATA SSD, m.2 NVMe SSD, SSD SATA de 2,5", etc.
• Um ventilador de resfriamento 4 pinos de 8 cm: Não é suficiente usar dissipadores passivos no verão quente. Precisamos de um ventilador maior porque é mais silencioso e escolher 8010 em vez de 9015 para ter um gabinete mais fino.
• Um gabinete: Não se preocupe, documentos de projeto estão disponíveis para todos e você pode copiar um como quiser.
• Grove - OLED Display 0.96": Há um microcontrolador para Arduino na placa-mãe do ReComputer. Por que não fazer algo interessante com ele?
• Alguns cabos, como cabos de dados SATA, cabos de SSD, cabos de ventilador, cabos Grove, etc. Alguns deles podem precisar ser re-fiados, mas não é difícil.

Gabinete

É recomendado escolher chapas de acrílico com menos de 3mm de espessura. Mais detalhes estão no arquivo anexado ReComputer_DarkBox.dxf.

Pilares de suporte: 25mm x 4 e 27mm x 4.

Cabos

Observe a definição do pino HDD_PWR ao fazer os cabos, pois o ventilador de resfriamento pode ser alimentado pela fonte de alimentação de 12V no pino HDD_PWR.

2. Montagem

Passo 1: Instalar o Grove - OLED Display 0.96" no gabinete.

Passo 2: Instalar o ventilador de resfriamento no gabinete.

Passo 3: Instalar o SSD de 2,5" no gabinete.

Passo 4: Fiação.

Como mostra o diagrama de pinagem do ventilador de resfriamento de 4 pinos, ele tem um pino de detecção de rotação TACH e um pino de controle de rotação PWM conectados aos pinos 12 e 13 do microcontrolador para Arduino (na verdade depende da definição no programa).

Conecte o Grove - OLED Display 0.96" com I2C bem como PWR e GND.

Conecte a porta serial do SAMD21 com a porta serial da CPU Intel.

Passo 5: Instale as tampas frontal e traseira e aperte os parafusos.

Remoção de calor

O ar frio fornecido pelo ventilador flui através das aletas de resfriamento da CPU e do SSD, removendo assim o calor de forma eficaz.

3. Instalação e configuração do ambiente virtual Proxmox VE

Precisamos de um pendrive USB de pelo menos 8GB para a instalação. Aqui está o Proxmox VE ISO mais recente lançado.

Grave-o no pendrive USB com o Etcher.

Conecte teclado, mouse, monitor e pendrive USB. Inicialize o ReComputer e pressione a tecla F7 continuamente para entrar na interface de seleção do dispositivo de boot. Selecione boot pelo disco U.

A instalação do PVE é muito simples, mas ATENTE que:
PVE NÃO PODE ser instalado no eMMC!

Isso porque a equipe do PVE acredita que o eMMC não tem uma vida útil maior que o SSD e não é permitido instalar o PVE no eMMC.

(A imagem foi baixada do site do PVE. Meu PVE é a versão 6.0.)

Verifique o documento de instalação se tiver problemas com isso.

O ReComputer tem duas portas de rede. Defina qualquer uma das duas como rede de gerenciamento do PVE e a outra como porta WAN do sistema de roteador por software.

4. Programas Arduino

O SAMD21 (compatível com Seeeduino Cortex-M0+) na placa do ReComputer é usado para controlar dinamicamente a rotação do ventilador de acordo com a temperatura da CPU. Algumas informações do sistema PVE são exibidas simultaneamente na tela OLED.

Minhas ideias de projeto:

• PVE é uma caixa Debian Linux, de modo que podemos obter a temperatura da CPU programando de forma flexível.
• É possível gravar o programa via porta USB do SAMD21, já que ele está conectado à porta USB da CPU Intel.
• Outra porta serial do SAMD21, Serial1, já foi conectada à porta serial da CPU Intel, de modo que é possível se comunicar por ela. (Acredito que a porta serial de hardware seja mais confiável do que a porta USB.)
• Escrever um programa Arduino simples para ler a temperatura da CPU via Serial1, controlar a rotação do ventilador e acionar a atualização do display OLED.

Realmente simples, não é? Aqui está o programa Arduino.

4.1 Compilação

O que fazemos primeiro é abrir o programa na Arduino IDE. Selecione Seeeduino Cortex-M0+ e encontre o arquivo bin com o log de compilação.

4.2 Gravação

Use o comando scp para copiar o ReComputer.ino.bin gerado pela Arduino IDE e colá-lo no PVE.

scp ReComputer.ino.bin [email protected]:~

Execute o SSH.

ssh [email protected]

Baixe a ferramenta de gravação bosaac

wget http://downloads.arduino.cc/tools/bossac-1.7.0-x86_64-linux-gnu.tar.gz
tar zxvf bossac-1.7.0-x86_64-linux-gnu.tar.gz
cp bossac-1.7.0/bossac /usr/bin/
chmod a+x /usr/bin/bossac

Coloque o Arduino em modo bootloader fazendo curto-circuito entre Reset e Gnd duas vezes.

Grave o programa Arduino com a ferramenta de gravação.

bossac -i -d --port=/dev/ttyACM0 -U true -e -w -v ReComputer.ino.bin -R

Você verá isto exibido na tela:

A temperatura da CPU e a rotação do ventilador são exibidas na tela. O ventilador vai parar de funcionar se a temperatura estiver abaixo de 45℃.

O histórico de carga do sistema e o uso atual de memória também são exibidos.

Aliás, não se esqueça de instalar o script no PVE. Consulte o README para mais detalhes no repositório Github.

Agora já concluímos nosso trabalho de hardware e construímos um pequeno servidor PVE com um sistema de resfriamento inteligente e uma unidade de disco de 2TB, que é suficiente para várias máquinas virtuais e armazenamento NAS.

5. Instalando o sistema de roteamento por software

A placa-mãe ReComputer possui duas portas Ethernet Gigabit, o que torna fácil construir um sistema de roteamento por software. Um sistema de roteamento por software tem funções mais poderosas do que roteadores normais, proporcionando a você um ambiente de rede doméstica mais profissional.

Eu escolhi o sistema lede(OpenWrt) comum na comunidade e não difícil de usar.

Aqui está o diagrama de topologia de rede:

Passo 1: Baixe e instale a imagem a partir daqui.

Isto vem de código-fonte modificado de terceiros do lede.

Passo 2: Envie a imagem para o PVE.

scp /PATH/TO/openwrt-x86-64-combined-squashfs.qcow2 [email protected]:~

O arquivo .qcow2 foi exportado quando compilei a imagem. Se você tiver baixado o arquivo .img, use este comando para transformá-lo.

qemu-img convert -f raw -O qcow2 lede-xxxxxxx-combined-ext4.img vm-100-disk-1.qcow2

Passo 3: Crie uma máquina virtual e importe a imagem.

Crie uma porta de rede WAN e reinicie o PVE para habilitar a WAN adicionada.

Crie uma máquina virtual e configure-a como abaixo (após o assistente, adicione manualmente a segunda placa de rede e exclua o disco rígido).

Importe a imagem de disco lede.

root@pve-home:~# qemu-img check openwrt-x86-64-combined-squashfs.qcow2
No errors were found on the image.
685/2824 = 24.26% allocated, 0.00% fragmented, 0.00% compressed clusters
Image end offset: 45219840
root@pve-home:~# qemu-img info openwrt-x86-64-combined-squashfs.qcow2
image: openwrt-x86-64-combined-squashfs.qcow2
file format: qcow2
virtual size: 177M (185073664 bytes)
disk size: 43M
cluster_size: 65536
Format specific information:
    compat: 1.1
    lazy refcounts: false
    refcount bits: 16
    corrupt: false
root@pve-home:~# qm importdisk 100 openwrt-x86-64-combined-squashfs.qcow2 local-lvm
  Rounding up size to full physical extent 180.00 MiB
  Logical volume "vm-100-disk-0" created.
    (100.00/100%)

Observe que 100 é o número de id da máquina virtual criada. Ele pode ser modificado em seu computador.

Então podemos ver o disco que acabamos de importar em local-lvm.

O disco é exibido na lista de hardware da máquina virtual ao mesmo tempo.

Clique duas vezes para adicioná-lo.

A lista de discos deve ficar assim:

Inicie a máquina virtual, abra o Console e verifique o log do Kernel. Quando random: crng init done for impresso, clique em Enter. Ver shell significa que a inicialização foi bem-sucedida.

O IP da intranet do lede é 192.168.1.1. Precisamos que o nosso computador esteja conectado à porta de rede LAN do ReComputer para acessar esse IP configurando o endereço IP para IP estático 192.168.1.x.

Digite 192.168.1.1 no navegador para acessar a interface de login do OpenWrt. O nome de usuário é root e a senha é password por padrão.

Como usar o OpenWrt está além do escopo deste artigo. Apenas estude e divirta-se!

6. Instalando o sistema NAS

O NAS se tornou um dos serviços cada vez mais importantes na rede doméstica. Ele pode ser facilmente instalado no ambiente virtual PVE. Neste caso, o sistema NAS de código aberto openmediavault é selecionado.

Passo 1: Baixe e instale a imagem a partir daqui.

Passo 2: Envie a imagem para o PVE.

Passo 3: Crie uma máquina virtual e configure-a como abaixo:

Passo 4: Inicialize a máquina virtual criada há pouco e instale o openmediavault. Clique em Continue ou OK até que a instalação seja concluída.

Após a conclusão da instalação, a janela acima será exibida na sua tela. Agora a imagem ISO na máquina virtual deve ser removida.

Volte ao Console e clique em Enter para reiniciar sua máquina virtual.

Copie o endereço IP mostrado na tela e digite-o no navegador para acessar a interface de login do OpenWrt. O nome de usuário é admin e a senha é openmediavault por padrão.

A instalação do sistema openmediavault já foi concluída. O que devemos fazer em seguida é passar o SSD diretamente para melhorar a eficiência de leitura e gravação do sistema OMV.

Passo 5: Pass-through do disco rígido.

Primeiro é necessário habilitar o IOMMU de acordo com a documentação do PVE. Depois de acessar o PVE usando SSH, execute:

root@pve-home:~# vim /etc/default/grub

Adicione intel_iommu=on após 1GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT.

GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet intel_iommu=on"

Execute update-grub.

root@pve-home:~# update-grub
Generating grub configuration file ...
Found linux image: /boot/vmlinuz-5.0.15-1-pve
Found initrd image: /boot/initrd.img-5.0.15-1-pve
Found memtest86+ image: /boot/memtest86+.bin
Found memtest86+ multiboot image: /boot/memtest86+_multiboot.bin
Adding boot menu entry for EFI firmware configuration
done

Você tem que se certificar de que os seguintes módulos estão carregados. Isso pode ser feito adicionando-os a ‘/etc/modules’

vfio
 vfio_iommu_type1
 vfio_pci
 vfio_virqfd

Depois de alterar qualquer coisa relacionada a módulos, você precisa atualizar seu initramfs. No Proxmox VE isso pode ser feito executando:

root@pve-home:~# update-initramfs -u -k all

Por fim, reinicie para que as alterações entrem em vigor e verifique se ele realmente foi habilitado.

[    1.810500] DMAR: Setting RMRR:
[    1.810644] DMAR: Setting identity map for device 0000:00:02.0 [0x77800000 - 0x7fffffff]
[    1.810794] DMAR: Setting identity map for device 0000:00:15.0 [0x75935000 - 0x75954fff]
[    1.810805] DMAR: Prepare 0-16MiB unity mapping for LPC
[    1.810891] DMAR: Setting identity map for device 0000:00:1f.0 [0x0 - 0xffffff]
[    1.810959] DMAR: Intel(R) Virtualization Technology for Directed I/O

Se você vir as saídas acima, o IOMMU está habilitado.

Verifique em qual interface PCI está o disco rígido que queremos passar diretamente. O controlador SATA conectado à interface SATA3 está na interface 00: 12.0.

root@pve-home:~# lspci -nn
00:00.0 Host bridge [0600]: Intel Corporation Device [8086:31f0] (rev 03)
00:02.0 VGA compatible controller [0300]: Intel Corporation Device [8086:3185] (rev 03)
00:0c.0 Network controller [0280]: Intel Corporation Device [8086:31dc] (rev 03)
00:0e.0 Audio device [0403]: Intel Corporation Device [8086:3198] (rev 03)
00:0f.0 Communication controller [0780]: Intel Corporation Celeron/Pentium Silver Processor Trusted Execution Engine Interface [8086:319a] (rev 03)
00:12.0 SATA controller [0106]: Intel Corporation Device [8086:31e3] (rev 03)
00:13.0 PCI bridge [0604]: Intel Corporation Device [8086:31d8] (rev f3)
00:14.0 PCI bridge [0604]: Intel Corporation Device [8086:31d6] (rev f3)
00:14.1 PCI bridge [0604]: Intel Corporation Device [8086:31d7] (rev f3)
00:15.0 USB controller [0c03]: Intel Corporation Device [8086:31a8] (rev 03)
00:17.0 Signal processing controller [1180]: Intel Corporation Device [8086:31b4] (rev 03)
00:17.1 Signal processing controller [1180]: Intel Corporation Device [8086:31b6] (rev 03)
00:17.2 Signal processing controller [1180]: Intel Corporation Device [8086:31b8] (rev 03)
00:18.0 Signal processing controller [1180]: Intel Corporation Celeron/Pentium Silver Processor Serial IO UART Host Controller [8086:31bc] (rev 03)
00:18.1 Signal processing controller [1180]: Intel Corporation Celeron/Pentium Silver Processor Serial IO UART Host Controller [8086:31be] (rev 03)
00:18.2 Signal processing controller [1180]: Intel Corporation Celeron/Pentium Silver Processor Serial IO UART Host Controller [8086:31c0] (rev 03)
00:18.3 Signal processing controller [1180]: Intel Corporation Celeron/Pentium Silver Processor Serial IO UART Host Controller [8086:31ee] (rev 03)
00:19.0 Signal processing controller [1180]: Intel Corporation Celeron/Pentium Silver Processor Serial IO SPI Host Controller [8086:31c2] (rev 03)
00:1c.0 SD Host controller [0805]: Intel Corporation Celeron/Pentium Silver Processor SDA Standard Compliant SD Host Controller [8086:31cc] (rev 03)
00:1e.0 SD Host controller [0805]: Intel Corporation Device [8086:31d0] (rev 03)
00:1f.0 ISA bridge [0601]: Intel Corporation Device [8086:31e8] (rev 03)
00:1f.1 SMBus [0c05]: Intel Corporation Celeron/Pentium Silver Processor Gaussian Mixture Model [8086:31d4] (rev 03)
01:00.0 Non-Volatile memory controller [0108]: Samsung Electronics Co Ltd NVMe SSD Controller SM961/PM961 [144d:a804]
02:00.0 Ethernet controller [0200]: Intel Corporation I211 Gigabit Network Connection [8086:1539] (rev 03)
03:00.0 Ethernet controller [0200]: Intel Corporation I211 Gigabit Network Connection [8086:1539] (rev 03)

Volte à Web UI no PVE. Selecione Hardware -> Add PCI Device na máquina virtual OMV.

Depois disso, reinicie a máquina virtual e veremos que o disco rígido foi identificado no OMV.

Verifique a documentação do openmediavault para mais detalhes e aproveite!