DIY服务器制作 · bbServer：高性能低功耗的Minecraft服务器

bbServer 制作过程与经验分享

【简介】

bbServer 是一台高性能、低功耗、酷炫的家用服务器，通过单板电脑特有的 GPIO 完成屏幕和灯带的控制，配合单面镜和半透镜形成深渊灯的效果。作者的个人应用场景是用来运行 Minecraft 服务器，让游戏内的活动与服务器外围设备产生联动，例如当有玩家进入服务器时，会在 OLED 屏幕上显示，并且伴随着光效。

开源链接：
https://github.com/RealCorebb/bbServer

视频链接：
https://www.bilibili.com/video/BV1j24y1a7Ut/

【故事起因】

我一直想 DIY 一台能够放在家里 24 小时开机的服务器。我希望这台服务器功耗足够低，这样就不会被妈妈打。因为我想用它来运行 Minecraft 服务器，所以性能也需要稍微好一点。然而，低功耗和高性能之间存在着矛盾，我只有选择能耗比更高的芯片。
所以，我选择了香橙派5这类 ARM 架构的单板电脑，因为它省电、体积小，性能也高，而且可以像单片机一样控制一些电子元件。因此，我在服务器上添加 OLED 屏幕和 WS2812 RGB 灯带，借助 CircuitPython 就可以根据自己的想法尽情发挥，制作出这样一台低功耗、迷你、又好玩又酷炫的服务器。

【bbServer制作步骤】

1.购买所需物料
在开始制作bbServer之前，您需要准备以下物料：

（1）香橙派5，这是一款性价比非常高的RK3588S单板电脑，RK3588S是一个8nm制程ARM架构的SOC，有8核心（6大核+2小核），用来开中小型Minecraft服务器是非常稳妥且省电的。
（2）2.42寸OLED屏幕 (4PIN I2C版本)
（3）WS2812-2020 寻址RGB灯带（90LEDS/M）
（4）3D打印外壳
（5）单面镜+30%半透镜
（6）M2硬盘（2230或2242尺寸）
（7）散热片（19*19*5mm）
（8）3007涡轮散热风扇
（9）5V4A电源适配器

2.组装硬件
将M.2硬盘插入香橙派5上的M.2插槽中。

将散热片安装在香橙派5的芯片上，然后将其插入3D打印的外壳中，并将四周的固定螺丝扭紧。香橙派5本身侧边有一个开关机的按键，如果需要使用的话也可以3D打印一个较大的按钮模型，卡在外壳与开关按键之间。

安装3007涡轮散热风扇，可以装在芯片旁边，出气口朝外，将正负极分别接到5V和GND。如果想要更安静一点，也可以接到3.3V。

将WS2812-2020 RGB灯带与OLED屏幕连接到香橙派5的GPIO引脚上，确保连接正确。因为设计的外壳想尽量保持小巧、紧凑，所以用一般的2.54间距的杜邦线会太高，装不进去。解决办法就是将杜邦线的胶壳去掉（用镊子撬开卡口，把线拿出来即可），可以用热缩管或胶布套住端子部分，避免相互之间接触导电。

具体的IO引脚和接线图如下：

安装好之后可以跳到第3大步：安装系统、环境，测试一下LED和屏幕是否正常点亮，然后接着完成最后的组装。
在验证硬件正常后，将单面镜和30%半透镜组装到3D打印的外壳中，注意尽量戴上干净的手套，避免手指印。

OLED屏幕可以一边用胶布固定在RJ45网口上，另一边用杜邦线顶着。摆放在正中间靠后的位置，然后将单面镜卡进OLED屏幕与LED之间。

接着，再盖上半透镜就大功告成啦。

3.安装系统
香橙派5官方提供了Ubuntu、Debian、Android系统，也有在单板电脑上比较出名的Armbian系统。但目前的情况Armbian有一些BUG，导致I2C和SPI功能不正常，无法使用LED和OLED。所以这里选择的是官方的Ubuntu系统。

完整的文档可以参考官方的使用说明书：
http://www.orangepi.cn/html/hardWare/computerAndMicrocontrollers/service-and-support/Orange-pi-5.html

大致步骤如下：

（1）准备一张TF卡，使用balenaEtcher软件将官网下载的Ubuntu镜像写入TF卡中
（2）插入TF卡、M2硬盘，开机。连接网线，使用Xshell连接香橙派或使用HDMI连接显示器操作。默认用户名为：root，密码为：orangepi
（3）在终端控制台输入指令nand-sata-install，选择Install the bootloader on SPI Flash，等待几分钟直至出现Done

（4）将镜像写入M2硬盘中，指令如下：
dd bs=1M if=<镜像路径> of=/dev/nvme0n1 status=progress
例如：
dd bs=1M if=Orangepi5_x.x.x_ubuntu.img of=/dev/nvme0n1 status=progress
（5）写入完成后，就可以输入poweroff指令关机，拔掉TF卡，再开机，以后就都是用M2硬盘作为系统盘开机啦。M2硬盘比起TF卡更耐用，更适合长时间运行，速度也更快。

4.配置环境
在完成以上步骤后，这就是一台arm架构的Ubuntu系统的电脑了，你可以使用绝大多数能在Linux上运行的软件，例如假设Mumble语音服务器、Minecraft服务器、Apache网站服务器等等……

除此之外，还可以利用上面的GPIO，让它能够像单片机一样控制一些电子零件。

安装必要的软件包：Python、pip、CircuitPython。前面两个大家都很熟悉，最后一个CircuitPython就是一个能在Linux板子上运行类似单片机功能的框架，是由电子界著名的Adafruit出品的。

因为具体的步骤有点复杂，想要研究的可以参考官方的文档：
https://learn.adafruit.com/circuitpython-on-orangepi-linux/circuitpython-orangepi
官方文档使用的是Armbian系统以及较老的香橙派，不过大致是一样的，需要修改一些东西让CircuitPython能够识别到我们使用的板子型号。

为此，我写了一个脚本，可以一键在香橙派Ubuntu系统下安装好CircuitPython以及我们使用的OLED屏幕和WS2812 LED灯带相应的依赖库。

脚本地址：
https://raw.githubusercontent.com/RealCorebb/bbServer/master/bbServer.sh

可以使用以下方式安装：
wget https://raw.githubusercontent.co ... /master/bbServer.sh
chmod 777 bbServer.sh
./bbServer.sh

在安装好后，需要重启一次。安装好后会把bbServer的demo示例程序设为开机自启，所以重启后会看到LED灯带动画以及OLED屏幕显示时间、CPU、内存信息了。

以下是demo的程序，可以看到使用CircuiPython是比较容易上手，发挥自己的想法的。有丰富的库，能够立马上手。

1.import threading
2.import board
3.import neopixel_spi
4.from PIL import Image, ImageDraw, ImageFont
5.from adafruit_led_animation.animation.blink import Blink
6.from adafruit_led_animation.animation.sparklepulse import SparklePulse
7.from adafruit_led_animation.animation.comet import Comet
8.from adafruit_led_animation.animation.chase import Chase
9.from adafruit_led_animation.animation.pulse import Pulse
10.from adafruit_led_animation.animation.sparkle import Sparkle
11.from adafruit_led_animation.animation.rainbowchase import RainbowChase
12.from adafruit_led_animation.animation.rainbowsparkle import RainbowSparkle
13.from adafruit_led_animation.animation.rainbowcomet import RainbowComet
14.from adafruit_led_animation.animation.solid import Solid
15.from adafruit_led_animation.animation.colorcycle import ColorCycle
16.from adafruit_led_animation.animation.rainbow import Rainbow
17.from adafruit_led_animation.animation.customcolorchase import CustomColorChase
18.from adafruit_led_animation.sequence import AnimationSequence
19.from adafruit_led_animation.color import PURPLE, WHITE, AMBER, JADE, MAGENTA, ORANGE , BLACK , RED
20.import adafruit_ssd1306
21.import time
22.import psutil
23.import pathlib
24.dirPath = str(pathlib.Path(__file__).parent.resolve())
25.font = ImageFont.truetype(dirPath+'/fonts/Jorolks.ttf',24)
26.smallJorolks = ImageFont.truetype(dirPath+'/fonts/Jorolks.ttf',12)
27.seledom = ImageFont.truetype(dirPath+'/fonts/Seledom.otf',14)
28.bigSeledom = ImageFont.truetype(dirPath+'/fonts/Seledom.otf',33)
29.pixelCorebb = ImageFont.truetype(dirPath+'/fonts/PixelCorebb.ttf',15)
30.pixelCorebbBig = ImageFont.truetype(dirPath+'/fonts/PixelCorebb.ttf',14)
31.player = Image.open(dirPath+'/icons/steve24.png')
32.player16 = Image.open(dirPath+'/icons/steve16.png')
33.performance = Image.open(dirPath+'/icons/performance.png')
34.
35.
36.# ------------------- WS2812 RGB LED  -_,- ------------------
37.
38.# Update to match the pin connected to your NeoPixels
39.pixel_pin = board.SPI()
40.# Update to match the number of NeoPixels you have connected
41.pixel_num = 40
42.
43.pixels = neopixel_spi.NeoPixel_SPI(pixel_pin, pixel_num, brightness=0.1, auto_write=False)
44.
45.blink = Blink(pixels, speed=0.5, color=JADE)
46.redFastBlink = Blink(pixels, speed=0.1, color=RED)
47.colorcycle = ColorCycle(pixels, speed=0.4, colors=[MAGENTA, ORANGE])
48.comet = Comet(pixels, speed=0.01, color=PURPLE, tail_length=10, bounce=True)
49.chase = Chase(pixels, speed=0.1, size=3, spacing=6, color=WHITE)
50.pulse = Pulse(pixels, speed=0.1, period=3, color=AMBER)
51.sparkle = Sparkle(pixels, speed=0.1, color=PURPLE, num_sparkles=10)
52.solid = Solid(pixels, color=JADE)
53.black = Solid(pixels, color = BLACK)
54.rainbow = Rainbow(pixels, speed=0.1, period=2)
55.sparkle_pulse = SparklePulse(pixels, speed=0.1, period=3, color=JADE)
56.rainbow_comet = RainbowComet(pixels, speed=0.05, tail_length=15, bounce=True)
57.rainbow_chase = RainbowChase(pixels, speed=0.1, size=3, spacing=2, step=8)
58.rainbow_sparkle = RainbowSparkle(pixels, speed=0.1, num_sparkles=15)
59.custom_color_chase = CustomColorChase(
60.    pixels, speed=0.1, size=2, spacing=3, colors=[ORANGE, WHITE, JADE]
61.)
62.
63.
64.animations = AnimationSequence(
65.    comet,
66.    blink,
67.    rainbow_sparkle,
68.    chase,
69.    pulse,
70.    sparkle,
71.    rainbow,
72.    solid,
73.    rainbow_comet,
74.    sparkle_pulse,
75.    rainbow_chase,
76.    custom_color_chase,
77.    advance_interval=5,
78.    auto_clear=True,
79.)
80.
81.# ------------------------------------
82.
83.# ------------------- SSD1306/SSD1309 OLED  -_,- ------------------
84.oled = None
85.
86.# Create blank image for drawing.
87.image = Image.new("1", (128, 64))
88.draw = ImageDraw.Draw(image)
89.
90.def clear():
91.    global image
92.    #image = Image.new("1", (oled.width, oled.height))
93.    draw.rectangle((0, 0, 128, 64), fill="black")
94.    oled.fill(0)
95.
96.def bootLogo():
97.    draw.text((5, 20), "bbServer", fill="white", font = font)
98.    oled.image(image)
99.    oled.show()
100.
101.def updateInfo():
102.    global oled
103.    i2c = board.I2C()  # uses board.SCL and board.SDA
104.    attempts = 0
105.    while attempts < 5:
106.        try:
107.            oled = adafruit_ssd1306.SSD1306_I2C(128, 64, i2c)
108.            break
109.        except:
110.            attempts += 1
111.            print('OLED not found, retrying...')
112.            time.sleep(1)
113.        
114.    # Clear display.
115.    oled.fill(0)
116.    oled.rotate(False)
117.    oled.show()
118.    clear()
119.    bootLogo()
120.    time.sleep(1)
121.    while True:
122.        cpu = int(psutil.cpu_percent(interval=1))
123.        ram = int(psutil.virtual_memory().percent)
124.        timeNow = time.strftime("%H:%M")
125.        
126.        clear()
127.        draw.rounded_rectangle((2,2,28,12), radius=3, fill="white")
128.        draw.text((5,3), "CPU", fill="black", font = smallJorolks)
129.        draw.text((32,0), str(cpu)+"%", fill="white",font = pixelCorebb)
130.        draw.rounded_rectangle((67,2,96,12), radius=3, fill="white")
131.        draw.text((70,3), "RAM", fill="black", font = smallJorolks)
132.        draw.text((100,0), str(ram)+"%", fill="white",font = pixelCorebb)
133.        draw.text((2,24), timeNow, fill="white",font = bigSeledom)
134.        oled.image(image)
135.        oled.show()
136.        time.sleep(1)
137.# ------------------------------------
138.
139.if __name__ == "__main__":
140.    oledThread = threading.Thread(target=updateInfo)
141.    oledThread.start()
142.    while True: 
143.        time.sleep(0.01)
144.        animations.animate()
复制代码

【一些可能遇到的问题】

1.在烧写系统进TF卡后，在Windows 的资源管理器里就找不到这张TF卡了。这是正常的，因为写入了Linux系统后，Windows是读不了的。所以只能在像是Balenaetcher等烧写软件中看到，如果想变回原来的样子，在这类软件中点一下格式化即可。不要以为是TF卡坏了（作者以前就以为是TF卡坏了）

2.不知道怎么连接服务器。官方的镜像中是有桌面版和服务器版的，主要的差别在于前者有图形化的操作界面，也可以用HDMI连接显示器，后者只能连网线，用其它电脑通过SSH控制。如果作为服务器使用的话，其实一般的使用场景是类似于后者的，但对于新手来说，建议安装桌面版的，更容易上手。想了解的话，可以参考云服务器、普通Linux电脑的连接方式和工具，常用免费工具的有：Xshell，通过SSH，输入IP、用户名、密码，即可连上服务器的终端控制台。Xftp，通过SSH，可以在本地电脑与服务器之间传输文件。

3.OLED屏幕不亮。请注意，在某宝上有几款2.42寸OLED屏幕模块，请确保购买的是4/5 PIN的I2C的版本，而不是7PIN的SPI版本。另外，作者有试过在几家店里买过，实际上它们是不一样的，请认准接线图上的那一款，四个孔都在板子边缘的，且是有RES引脚的，这一款非常稳定，没遇到过什么问题。另外有一款是比较高一点，无法装进3D打印外壳里的，这款没有RES引脚，并且可能板子设计有问题，经常识别不到I2C，屏幕不亮。

4.WS2812 LED不亮。这个唯一的可能性就是接线有问题了，请注意引脚定义，不要正负极接反了。

5.安装固定不合适问题。如上文所述，杜邦线需要去壳，OLED屏幕模块确保同款，散热风扇不能太高，需要使用7mm以下的，不然会撞到屏幕。

【总结】

所以，这就是bbServer的制作过程及经验分享啦。通过制作bbServer，我们可以学到：

1.如何使用单板电脑和CircuitPython来控制电子元件。
2.如何使用Linux系统和搭建自己想要的服务。
3.还可以用Python简单、快速入门单片机领域。
在制作过程中，我们会了解一些基础知识，如单板电脑和CircuitPython的使用，GPIO引脚的控制，3D打印的设计和制作等等。同时，我们也需要有耐心和耐心来调试和解决一些问题。

总之，bbServer是一个非常有趣和有用的项目，通过它我们可以学到很多东西，并且可以用它来运行自己喜欢的应用程序，通过编写代码发挥自己无限的创意。

想更了解它，请看：
开源链接：
https://github.com/RealCorebb/bbServer
视频链接：
https://www.bilibili.com/video/BV1j24y1a7Ut/

又酷又迷你的DIY服务器---bbServer 制作过程与经验分享