查看“2005 CM4 NAS（三路固态硬盘扩展板）”的源代码

== '''关键词''' ==
树莓派、CM4核心板、系统烧写、2.5G、SSD、RPiOS、Ubuntu、OpenMediaVault

== '''一、简介''' ==
CM4_NAS扩展板基于CM4核心板设计，通过PCIe接口扩展了三路M.2 NVMe固态硬盘，其中一路支持2210尺寸，一路支持2242和2280尺寸，还有一路支持2242和2280以及2210尺寸。同时我们还通过PCIe扩展了一路2.5G以太网，以提高M.2 NVMe固态盘的读写速度（实际无法跑满2.5G，硬盘读写典型速度150MB/s，但仍远高于千兆以太网的110MB/s）。其它为CM4标准资源，包括CSI0、CSI1、DSI1、原生千兆、标准HDMI、启动用TF卡槽、40Pin扩展接口、3.3V和5V风扇插头，以及3路USB2.0-A和1路1.25mm 4pin接口USB用于内部4G设备连接。可通过USB-C接口用于eMMC烧写。扩展板采用DC5.5接口，支持7-24V电压输入。

扩展板可运行树莓派OS、Ubuntu、以及OpenWrt系统。这三个系统下均可正常使用2.5G网络和NVMe固态盘。另外支持基于树莓派OS Lite的OpenMediaVault用做NAS网络硬盘应用。

== '''二、硬件资源''' ==
1. 一路原生千兆网口；

2. 一路由PCIE支持的2.5G以太网接口；

3. 一路支持4K分辨率的标准HDMI口；

4. 三路USB2.0主机口；

5. 一路内置USB2.0；

6. 一路USB-C烧写口；

7. 两路CSI（22PIN，0.5mm，翻盖下接）；

8. 一路DSI（22PIN，0.5mm，翻盖下接）；

9. 三路PCIe M-KEY接口，支持2210尺寸规格的固态硬盘；

10. TF卡座。

40pin引脚定义从左到右依次为：
{| class="wikitable"
|5V
|5V
|GND
|G14
|G15
|G18
|GND
|G23
|G24
|GND
|G25
|G08
|G07
|IDSC
|GND
|G12
|GND
|G16
|G20
|G21
|-
|3V3
|G02
|G03
|G04
|GND
|G17
|G27
|G22
|3V3
|G10
|G09
|G11
|GND
|IDSD
|G05
|G06
|G13
|G19
|G26
|GND
|}

== '''三、系统烧写及设置''' ==

=== 3.1 概述 ===
本文档采用树莓派OS和Ubuntu系统进行测试。

1. 树莓派OS的版本为2024-07-04-raspios-bookworm-arm64.img.xz，树莓派OS下载地址：

https://www.raspberrypi.com/software/operating-systems/#raspberry-pi-os-64-bit

2. 另外OpenMediaVault需要在32位的树莓派OS Lite下安装，32位的树莓派OS Lite下载地址：

https://www.raspberrypi.com/software/operating-systems/#raspberry-pi-os-legacy

3. Ubuntu系统的版本为ubuntu-24.04-preinstalled-desktop-arm64+raspi.img.xz，下载地址：

https://ubuntu.com/download/raspberry-pi

=== 3.2 从TF卡启动 ===

==== 3.2.1 使用树莓派镜像烧录器烧写 ====
首先在Windows端安装树莓派镜像烧录器，下载地址：https://www.raspberrypi.com/software/

安装完毕后将TF卡插入读卡器，读卡器插入PC的USB口，然后打开软件：

Raspberry Pi Device：选择Raspberry Pi 4；

请选择需要写入的操作系统：选择Raspberry Pi OS(64-bit)，为从树莓派官网下载系统镜像烧写（需联网）；选择Use Custom，则需要自行选择硬盘上已经下载的系统镜像（无需联网）；

储存卡：选择所需烧入的TF卡（即插在PC的USB接口的卡）；

http://www.mcuzone.com/wiki/0005_MPS2242_2280/0005_MPS2242_2280_01.jpg

选择完毕后按“NEXT”，建议点击“编辑设置”，将一些参数预设置进烧写软件，之后在系统启动时就不必再次设置，便于使用。

http://www.mcuzone.com/wiki/0005_MPS2242_2280/0005_MPS2242_2280_02.jpg

http://www.mcuzone.com/wiki/0005_MPS2242_2280/0005_MPS2242_2280_03.jpg

需要使用预设置的按“是”，不需要使用预设置的按“不”，进入下一页，点击“是”，就开始烧写及验证完整性，烧写完毕后按提示取下卡即可。

http://www.mcuzone.com/wiki/0005_MPS2242_2280/0005_MPS2242_2280_04.jpg

以上介绍的是烧写树莓派OS，烧写Ubuntu系统或也是用类似的操作，只是在“请选择需要写入的操作系统”时，需要选择Use Custom，然后选择预先下载的镜像即可。

==== 3.2.2 使用balenaEtcher烧写 ====
首先在Windows端安装balenaEtcher，下载地址：https://etcher.balena.io/#download-etcher

将TF卡插入读卡器，读卡器插入PC的USB口，然后打开软件：

从文件烧录：选择预先下载的树莓派OS或者Ubuntu系统镜像；

选择目标磁盘：选择所需烧入的TF卡（即插在PC的USB接口的卡）；

然后点击“现在烧录！”，就开始烧录了，等待烧录完毕即可。

http://www.mcuzone.com/wiki/0005_MPS2242_2280/0005_MPS2242_2280_05.jpg

==== 3.2.3 启动系统 ====
将TF卡从读卡器中取下，塞进树莓派开发版的TF卡卡槽，上电后即可进入系统。

=== 3.3. 从eMMC启动 ===
如果核心板具有板载eMMC，则系统将会忽略TF卡，而从eMMC启动。

要烧写系统到eMMC，首先需要在PC上安装驱动包，下载地址：

http://www.mcuzone.com/down/Software.asp?ID=10000623

然后使用跳线帽短接扩展板BOOT脚和GND脚（在CSI1接口旁边）。

使用'''''USB Type C-A数据线'''''将扩展板上的USB OTG接口（即扩展板的USB-C口）连接至电脑。

连接上电脑之后，打开计算机的设备管理器，查看是否有新的USB设备出现。在下图中的是名称为“BCM2711 Boot”的USB设备：

http://www.mcuzone.com/wiki/2001_CM4_Ultra/2001_CM4_Ultra_65.jpg

PC的开始菜单的所有程序下，Raspberry Pi下面有个rpiboot：

http://www.mcuzone.com/wiki/2001_CM4_Ultra/2001_CM4_Ultra_66.jpg

打开这个软件，计算机会将eMMC或者TF卡格式化并分区：

http://www.mcuzone.com/wiki/2001_CM4_Ultra/2001_CM4_Ultra_68.jpg

稍等片刻，在资源管理器中会出现一个分区（本例中的分区名为bootfs，具体名称视实际情况而不同）：

http://www.mcuzone.com/wiki/2001_CM4_Ultra/2001_CM4_Ultra_67.jpg

接下来我们就可以使用balenaEtcher软件对这个分区进行烧写了。

打开balenaEtcher软件，第一项点击“从文件烧录”，选择你要烧录到eMMC的文件，第二项选择上面的那个bootfs分区，然后点击“现在烧录”，就开始烧录文件了：

http://www.mcuzone.com/wiki/2001_CM4_Ultra/2001_CM4_Ultra_69.jpg

http://www.mcuzone.com/wiki/2001_CM4_Ultra/2001_CM4_Ultra_70.jpg

等烧写完成后，将之前插上的跳线帽拔下来，然后重新给系统上电，待系统启动即可。

== '''四、树莓派OS下的硬件测试''' ==

=== 4.1 原生千兆网口测试 ===
我们将网线插入原生千兆网口，系统会自动获取IP，打开终端，安装测速软件iperf3：

<code>sudo apt-get install iperf3</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/2001_CM4_Ultra/2001_CM4_Ultra_01.jpg

然后我们使用iperf3进行测试：

原生千兆以太网测速结果，client模式为942Mbps左右：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_01.jpg

server模式为946Mbps左右：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_02.jpg

=== 4.2 2.5G网口测试 ===
我们将网线插入2.5G网口，系统会自动获取IP，然后我们使用iperf3进行测试：

2.5G以太网测速结果，client模式为1.84Gbps左右：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_03.jpg

server模式为1.85Gbps左右：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_04.jpg

=== 4.3 固定2.5G网口的MAC地址 ===
{{RTL8125_MAC}}

=== 4.4 单块硬盘测试 ===
本次测试采用三块不同的硬盘进行测试，编号及参数如下：

一号硬盘：KingSpec NE-128 128.0 GB

二号硬盘：WDC PC SN530 SDBPNPZ-256G-1002 256.0 GB

三号硬盘：INTEL MEMPEI1J016GAL 16 GB

==== 4.4.1 硬盘识别测试 ====
经测试，单块硬盘无论插哪个硬盘插槽都能识别，树莓派系统下需要先做授权才能进一步操作：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_05.jpg

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_06.jpg

==== 4.4.2 硬盘接口速度测试 ====
安装硬盘测速软件hdparm。在树莓派终端下运行：

<code>sudo apt install hdparm</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_07.jpg

在树莓派终端下运行<code>df</code>，查看SSD分区名为nvme0n1：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_08.jpg

运行命令，可多次运行，测试多次硬盘速度：

<code>sudo hdparm -t /dev/nvme0n1</code>

第一个插槽：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_09.jpg

第二个插槽：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_11.jpg

第三个插槽：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_10.jpg

测试结果：该硬盘在三个插槽中的接口速度均为360MB/s左右，即三个插槽本身的接口速度相近。

以下是三个硬盘在三个插槽中的硬盘接口速度测试结果：
{| class="wikitable"
|接口速度单位：MB/s
|插槽1
|插槽2
|插槽3
|-
|一号硬盘
|359
|359
|361
|-
|二号硬盘
|387
|389
|389
|-
|三号硬盘
|379
|379
|380
|}

==== 4.4.3 安装SAMBA文件共享服务 ====
安装SAMBA软件：

<code>sudo apt install samba</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_22.jpg

在SSD路径下建立一个新文件夹用于共享文件，并修改文件夹权限：

<code>cd /media/mcuzone/writable</code>

<code>sudo mkdir ssdfiles</code>

<code>sudo chmod +777 ssdfiles</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_23.jpg

修改SAMBA配置文件，添加共享节点：

<code>sudo mousepad /etc/samba/smb.conf</code>

在文件末尾加上共享节点：

<code>[ssd]</code>

<code># 共享文件夹说明</code>

<code>comment = ssd</code>

<code># 共享文件夹目录</code>

<code>path = /media/mcuzone/writable/ssdfiles/</code>

<code># 需要映射的共享目录的挂载路径</code>

<code>browseable = yes</code>

<code># 可被其他人看到资源名称（非内容，这里设置为是）</code>

<code>writable = yes</code>

<code># 可写</code>

<code>create mask = 0777</code>

<code># 新建文件的权限为 777</code>

<code>directory mask = 0777</code>

<code># 新建目录的权限为 777</code>

<code>public = no</code>

<code># guest访问，无需密码（这里设置为否）</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_24.jpg

注意：如果需要添加更多的映射文件夹，请使用相同的格式继续加上新的共享节点，其中共享文件夹说明和共享文件夹目录不要重复，本地path请按照挂载的路径填写。

创建一个名为mcuzone的用户，创建后会提示输入密码：

<code>sudo smbpasswd -a mcuzone</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_25.jpg

重启SAMBA服务：

<code>sudo systemctl restart smbd</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_26.jpg

然后在Windows中映射一个网络驱动器，这里以Windows11为例。

打开“此电脑”，点击“映射网络驱动器”：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_27.jpg

按下图填入相关节点信息（IP为树莓派OS的IP）：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_28.jpg

输入刚才设置的用户名和密码：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_29.jpg

然后就会打开设置的共享文件夹了：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_32.jpg

==== 4.4.4 硬盘读写速度测试 ====
通过2.5G网口进行测速，第一个插槽，第一个硬盘：

写：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_30.jpg

读：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_31.jpg

第一个插槽，第二个硬盘：写：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_33.jpg

读：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_34.jpg

第一个插槽，第三个硬盘：写：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_35.jpg

读：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_36.jpg

第二个插槽，第一个硬盘：

写：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_43.jpg

读：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_44.jpg

第二个插槽，第二个硬盘：

写：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_45.jpg

读：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_46.jpg

第二个插槽，第三个硬盘：

写：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_47.jpg

读：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_48.jpg

第三个插槽，第一个硬盘：

写：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_37.jpg

读：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_38.jpg

第三个插槽，第二个硬盘：

写：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_39.jpg

读：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_40.jpg

第三个插槽，第三个硬盘：

写：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_41.jpg

读：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_42.jpg

本次测试汇总如下：

通过2.5G网口进行硬盘读写测速：
{| class="wikitable"
| rowspan="2" |读写速度单位：MB/s
| colspan="2" |插槽1
| colspan="2" |插槽2
| colspan="2" |插槽3
|-
|写
|读
|写
|读
|写
|读
|-
|一号硬盘
|164
|207
|161
|208
|151
|201
|-
|二号硬盘
|171
|192
|208
|195
|175
|217
|-
|三号硬盘
|159
|190
|163
|218
|166
|204
|}
'''''注：接下来的硬盘读写测速等测试结果将以表格形式汇总，不再单独贴图。'''''

通过原生千兆网口进行硬盘读写测速：
{| class="wikitable"
| rowspan="2" |读写速度单位：MB/s
| colspan="2" |插槽1
| colspan="2" |插槽2
| colspan="2" |插槽3
|-
|写
|读
|写
|读
|写
|读
|-
|二号硬盘
|113
|112
|110
|111
|110
|111
|}

=== 4.5 两块硬盘测试 ===
本次测试采用两块不同的硬盘进行测试，编号及参数如下：

一号硬盘：KingSpec NE-128 128.0 GB

二号硬盘：WDC PC SN530 SDBPNPZ-256G-1002 256.0 GB

每一类测试都分三次测试，硬盘对应插槽的如下：
{| class="wikitable"
|
|插槽1
|插槽2
|插槽3
|-
|测试1
|一号硬盘
|
|二号硬盘
|-
|测试2
|
|二号硬盘
|一号硬盘
|-
|测试3
|一号硬盘
|二号硬盘
|
|}

==== 4.5.1 硬盘识别测试 ====
硬盘识别测试结果如下：
{| class="wikitable"
|
|测试结果
|-
|测试1
|两个硬盘均可识别
|-
|测试2
|两个硬盘均可识别
|-
|测试3
|两个硬盘均可识别
|}

==== 4.5.2 硬盘接口速度测试 ====
使用硬盘测速软件hdparm，测试硬盘接口速度结果如下：
{| class="wikitable"
|接口速度单位：MB/s
|一号硬盘
|二号硬盘
|-
|测试1
|360
|385
|-
|测试2
|359
|388
|-
|测试3
|360
|390
|}

==== 4.5.3 硬盘读写速度测试 ====
通过2.5G网口进行硬盘读写测速：
{| class="wikitable"
| rowspan="2" |读写速度单位：MB/s
| colspan="2" |一号硬盘
| colspan="2" |二号硬盘
|-
|写
|读
|写
|读
|-
|测试1
|165
|205
|155
|208
|-
|测试2
|160
|200
|160
|200
|-
|测试3
|170
|210
|173
|209
|}
通过原生千兆网口进行硬盘读写测速：
{| class="wikitable"
| rowspan="2" |读写速度单位：MB/s
| colspan="2" |一号硬盘
| colspan="2" |二号硬盘
|-
|写
|读
|写
|读
|-
|测试1
|106
|110
|109
|110
|-
|测试2
|110
|112
|109
|111
|-
|测试3
|110
|111
|108
|111
|}

=== 4.6 三块硬盘测试 ===
本次测试采用三块不同的硬盘进行测试，编号及参数如下：

一号硬盘：KingSpec NE-128 128.0 GB

二号硬盘：WDC PC SN530 SDBPNPZ-256G-1002 256.0 GB

三号硬盘：INTEL MEMPEI1J016GAL 16 GB

每一次测试都在扩展板上插满三个插槽，其中，一号硬盘对应插槽1，二号硬盘对应插槽3，三号硬盘对应插槽2。

==== 4.6.1 硬盘识别测试 ====
硬盘识别测试结果如下：

三块硬盘均可识别。

==== 4.6.2 硬盘接口速度测试 ====
使用硬盘测速软件hdparm，测试硬盘接口速度结果如下：
{| class="wikitable"
|接口速度单位：MB/s
|一号硬盘
|二号硬盘
|三号硬盘
|-
|测试结果
|360
|386
|380
|}

==== 4.6.3 硬盘读写速度测试 ====
通过2.5G网口进行硬盘读写测速：
{| class="wikitable"
| rowspan="2" |读写速度单位：MB/s
| colspan="2" |一号硬盘
| colspan="2" |二号硬盘
| colspan="2" |三号硬盘
|-
|写
|读
|写
|读
|写
|读
|-
|测试结果
|170
|215
|170
|205
|169
|204
|}
通过原生千兆网口进行硬盘读写测速：
{| class="wikitable"
| rowspan="2" |读写速度单位：MB/s
| colspan="2" |一号硬盘
| colspan="2" |二号硬盘
| colspan="2" |三号硬盘
|-
|写
|读
|写
|读
|写
|读
|-
|测试结果
|101
|111
|98
|111
|97
|111
|}

== '''五、Ubuntu系统下使用演示''' ==

=== 5.1 安装2.5G以太网驱动 ===
CM4_NAS扩展板上的2.5G网口在Ubuntu系统下不能即插即用，需要安装RTL8125驱动。

使用网线连接CM4_NAS扩展板上的千兆网口。

Ubuntu系统默认不安装ifconfig工具，所以需要手动安装：

<code>sudo apt install net-tools</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0008_MPS2_5G/0008_MPS2_5G_13.jpg

输入<code>ifconfig -a</code>，可见此时并没有显示2.5G网卡：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_12.jpg

接下来我们开始安装RTL8125驱动。

首先需要更新系统：

<code>sudo apt-get update</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_13.jpg

接着准备编译环境：

<code>sudo apt-get install --reinstall linux-headers-$(uname -r) linux-headers-generic build-essential dkms</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_14.jpg

然后安装驱动：

<code>sudo apt-get install r8125-dkms</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_15.jpg

安装完成后输入：

<code>sudo modprobe r8125</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_16.jpg

输入<code>ifconfig -a</code>就可以看到一个enxxx的网卡接口，这样就安装完毕2.5G网卡驱动：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_17.jpg

=== 5.2 原生千兆网口测试 ===
我们将网线插入原生千兆网口，系统会自动获取IP，然后我们使用iperf3进行测试：

原生千兆以太网测速结果，client模式为941Mbps左右：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_20.jpg

server模式为929Mbps左右：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_21.jpg

=== 5.3 2.5G网口测试 ===
我们将网线插入2.5G网口，系统会自动获取IP，然后我们使用iperf3进行测试：

2.5G以太网测速结果，client模式为2.29Gbps左右：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_18.jpg

server模式为1.64Gbps左右：

http://www.mcuzone.com/wiki/2005_CM4_NAS/2005_CM4_NAS_19.jpg

=== 5.4 单块硬盘测试 ===

==== 5.4.1 硬盘识别测试 ====
经测试，单块硬盘无论插哪个硬盘插槽都能识别。

以下是三个硬盘在三个插槽中的硬盘接口速度测试结果：