Criando um novo backplane para o meu NAS doméstico

• Motivação para desenvolver o backplane PCIe
  • Ao instalar o NixOS no NAS Terramaster F2-221, conectar um SSD USB externo para armazenar o sistema operacional era incômodo, então foi considerada uma forma de instalar um dispositivo de armazenamento interno
  • Como a placa-mãe do NAS tinha um slot PCIe x4, foi buscada uma forma de aproveitá-lo
• Análise do backplane PCIe
  • Ao analisar fotos de review do modelo de 5 baias F5-422, do mesmo fabricante, foi confirmado que ele expandia o número de portas SATA com dois controladores PCIe-SATA ASMedia ASM1061
  • Ao fazer engenharia reversa do pinout PCIe da placa-mãe do F2-221, foi confirmado que as lanes PCIe para o ASM1061 estavam roteadas
  • Por meio da análise do sinal PCIe, foram identificados os pares TX, RX e REFCLK, e foi criada uma tabela de pinagem
  • Ao analisar o circuito de alimentação do backplane, foi constatado que ele era composto por um load switch para hot-plug e um slow starter
• Criação do protótipo
  • Foi decidido usar 1 lane PCIe para instalar um SSD NVMe M.2. Era mais barato que SATA e mais simples de implementar
  • Considerando as restrições de tamanho e das posições dos parafusos do backplane existente, foram posicionados os conectores e componentes e o PCB foi projetado
  • Após montar os componentes no PCB encomendado à JLCPCB e testá-lo no NAS, foi confirmado que era possível inicializar o sistema
• Criação da versão final
  • Foi produzida a versão final do PCB, corrigindo os problemas do protótipo e removendo pontos de teste desnecessários
  • Depois de instalado no NAS, foi confirmado que funcionava sem problemas e vem sendo usado de forma estável há bastante tempo
  • Os arquivos finais de projeto foram publicados no GitHub

Opinião do GN⁺

• Este é um caso interessante com uma análise detalhada da estrutura interna e do projeto do backplane de um NAS Terramaster. Em um cenário com pouca informação fornecida pelo fabricante, destaca-se o esforço de implementar a funcionalidade desejada por meio de engenharia reversa
• Foi impressionante o uso das lanes PCIe existentes para aproveitar um SSD NVMe barato e rápido como unidade de boot do sistema. Parece uma escolha racional que simplifica a implementação em comparação com adicionar um controlador SATA, ao mesmo tempo em que entrega desempenho suficiente
• A análise do circuito de load switch e slow starter para a função de hot-plug é particularmente interessante. É um bom exemplo dos pontos que precisam ser considerados no projeto da alimentação
• O processo de projeto do PCB apresentado neste texto parece ser uma boa referência para outros usuários de NAS com necessidades semelhantes. Ainda assim, também pode haver fatores a considerar, como a questão da garantia da Terramaster e a compatibilidade com o sistema operacional do NAS
• Embora o autor não pareça ter muita experiência em projeto de PCB, o processo gradual de prototipagem e resolução de problemas é impressionante. Esse tipo de aprendizado por tentativa e erro deve ajudar a aprimorar as habilidades em projeto eletrônico

[GN⁺]

Comentário do Hacker News

Resumo:

• Ao soldar encapsulamentos DFN, a pessoa verificava apenas se havia curto entre alimentação e terra sem usar microscópio, e fazia closes com a câmera do celular. Para soldar um encapsulamento DFN sem stencil, funcionou bem colocar pasta de solda em excesso nos pads e pressionar o CI no lugar; com o calor da Hot Air Station, a solda derrete, o CI sobe um pouco e, ao pressioná-lo com a pinça, o excesso de solda é empurrado para cima da solder mask. É uma metodologia maluca, mas divertida.
• Gostaria que houvesse mais padronização na fabricação de NAS de consumo. Sugere à ASUSTOR produzir um backplane/adaptador compatível com Mini ITX para que seja possível trocar o backplane em alguns anos. Se desse para substituir a placa-mãe e fazer upgrade de um NAS de 1Gbps para 2.5Gbps ou 10Gbps, isso poderia prolongar a vida útil do chassi.
• Admira como as pessoas estão dispostas a se aprofundar em projetos nos quais há risco real de perder dinheiro, como ao modificar guitarras ou hardware. Fica a dúvida de por que quase não existe mercado para pequenas caixas hackeáveis em que hardware ou software possam ser modificados com mais facilidade.
• Resolveu o problema dos drives externos do NAS prendendo-os com velcro em cima do aparelho.
• Este projeto parece muito mais legal do que um gabinete de NAS caseiro feito de Lego. A pessoa montou o seu próprio conectando discos rígidos USB a um hub e ligando tudo a um Nvidia Jetson.
• Instalou o TrueNAS Scale na mesma NAS de 5 baias usando um Samsung USB stick. Escolheu um modelo amplamente usado em dashcams da Tesla para garantir alguma durabilidade. Pretende fazer upgrade para algo mais potente porque o desempenho da CPU é insuficiente.
• Chegou a instalar ZFS em um Mac para usar com um único drive USB, mas o desempenho de I/O caiu muito: ao copiar arquivos, o sistema deixava de responder e mouse e teclado falhavam. O uso de CPU chegou a 400%, mas a causa exata não foi identificada.
• Chegou a um resultado surpreendente e elegante por meio de palpites, tentativa e erro, inspeção do circuito e substituição do CI de load switch.
• É um ótimo projeto que não consiste apenas em colar um Arduino em tudo.