查看“2006 CM4/CM5 UART/CAN”的源代码

== '''关键词''' ==
树莓派、CM4核心板、千兆以太网、百兆以太网、RS232、RS485、CAN、RPiOS、Ubuntu

== '''一、简介''' ==
CM4_UART/CAN扩展板

== '''二、硬件资源''' ==
http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_28.jpg

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_29.jpg

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_30.jpg

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

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

=== 3.2 TF卡的烧写 ===
树莓派CM4核心板分2个大类，一类是不带eMMC版本，仅限从TF卡启动系统；一类是带eMMC版本，仅限从eMMC启动系统，那对应扩展板上的TF卡将无效。

从TF卡启动系统的详细烧录方法请[[2003 CM4 Tiny HDMIx2（双HDMI扩展板）#3.2 从TF卡启动|点击这里]]。

=== 3.3 eMMC的烧写 ===
eMMC烧写系统的详细烧录方法请[[2003 CM4 Tiny HDMIx2（双HDMI扩展板）#3.3. 从eMMC启动|点击这里]]。

注意，CM4_UART/CAN扩展板上烧写的OTG口为USB Type-C口。

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_31.jpg

=== 3.4 注意事项 ===
1. 如果使用树莓派系统，系统启动后卡死或者键盘鼠标无法使用，请在PC端打开TF卡系统分区根目录下的config.txt检查USB的初始化脚本，如果是烧写在eMMC上，则请在烧写完毕后，再次使用一次rpiboot工具使系统分区显示出来，然后打开系统分区根目录下的config.txt检查USB的初始化脚本：

http://www.mcuzone.com/wiki/0007_Zero_4G_Cat1/0007_Zero_4G_Cat1_41.jpg

然后按照下面红框所示的两处进行修改：

http://www.mcuzone.com/wiki/2004_CM4_WiFi7/2004_CM4_WiFi7_48.jpg

2. 如果使用Ubuntu系统，系统启动后键盘鼠标无法使用，请在PC端打开TF卡系统分区根目录下的config.txt检查USB的初始化脚本，如果是烧写在eMMC上，则请在烧写完毕后，再次使用一次rpiboot工具使系统分区显示出来，然后打开系统分区根目录下的config.txt检查USB的初始化脚本。

需要确认下图中的红框处是否配置完全，如果没有，请手动添加完整并保存文件：

http://www.mcuzone.com/wiki/2004_CM4_WiFi7/2004_CM4_WiFi7_40.jpg

也可以将红框处这一行删除后保存文件：

http://www.mcuzone.com/wiki/2004_CM4_WiFi7/2004_CM4_WiFi7_41.jpg

3. Ubuntu系统的desktop版本对硬件要求较高，如果核心板只有1G内存，有可能在运行时速度很慢甚至死机，建议使用内存为2G或以上的核心板进行安装使用。

== '''四、树莓派OS下的使用演示''' ==

=== 4.1 准备工作 ===
我们首先需要在config.txt中加入各个接口与GPIO的对应关系：

<code>dtoverlay=uart0</code>

<code>dtoverlay=uart3,txd3_pin=4,rxd3_pin=5</code>

<code>dtoverlay=uart4,txd4_pin=8,rxd4_pin=9</code>

<code>dtoverlay=uart5,txd5_pin=12,rxd5_pin=13</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_09.jpg

保存后退出，然后将TF卡插入扩展板，启动系统。

树莓派端建议安装可视化串口软件CuteCom：

<code>sudo apt install cutecom</code>

安装完毕后，点击桌面左上角的树莓派图标，在“System Tools”有CuteCom的快捷方式：

http://www.mcuzone.com/wiki/0012_MPUUART_MP4232/0012_MPUUART_MP4232_01.jpg

如果在使用过程中有权限不足的问题，请打开树莓派OS终端，输入：

<code>sudo cutecom</code>

来运行CuteCom。

经测试，CM4_UART_CAN扩展板上各个接口与串口号的对应关系如下：

RS485对应ttyAMA5

RS232（三针）对应ttyAMA4

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_02.jpg

CM4_UART扩展板是九针RS232串口版本。

RS232（九针）对应ttyAMA4，如下图：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_13.jpg

=== 4.2 测试RS485串口 ===
在PC端插上一个USB转RS485串口的转换器，与扩展板上的RS485串口相连，各自打开串口软件进行收发，结果如下：

树莓派OS端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_03.jpg

Windows端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_04.jpg

经过实测，波特率最高可达到2.01M（以传输数据不发生乱码为准）。

=== 4.3 测试RS232串口（三针） ===
在PC端插上一个USB转RS232串口的转换器，与扩展板上的RS232串口（三针）相连，各自打开串口软件进行收发，结果如下：

树莓派OS端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_05.jpg

Windows端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_06.jpg

经过实测，波特率最高可达到0.86M（以传输数据不发生乱码为准）。

=== 4.4 测试RS232串口（九针） ===
在PC端插上一个USB转RS232串口的转换器，与扩展板上的RS232串口（三针）相连，各自打开串口软件进行收发，结果如下：

树莓派OS端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_11.jpg

Windows端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_12.jpg

经过实测，波特率最高可达到0.28M（以传输数据不发生乱码为准）。

=== 4.5 测试CAN接口 ===
我们首先需要在config.txt中加入CAN接口的配置：

<code>dtparam=spi=on</code>

<code>dtoverlay=spi1-3cs</code>

<code>dtoverlay=mcp2515,spi1-0,oscillator=8000000,interrupt=25,speed=500000</code>

本扩展板的CAN是接在SPI上的，所以要确保打开SPI。其中oscillator为CAN的晶振的频率，interrupt为MP2515的中断号，都要和硬件相对应，此外，CAN的GPIO不能和之前的串口有冲突，如果有冲突，请在本文件中先屏蔽冲突的串口GPIO（如下图蓝框处，屏蔽了UART4）：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_32.jpg

保存后退出，然后将TF卡插入扩展板，启动系统。

等待系统重启完毕后，在图形界面中，依次选择如下图项目后，确保SPI已开启：

http://www.mcuzone.com/wiki/0002_MPS2280iPoE/MPS2280iPoE_08.png

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_08.jpg

在终端中输入<code>dmesg | grep spi</code>，查看 SPI 的信息：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_33.jpg

SPI成功识别后，输入以下命令开启CAN：

<code>sudo ip link set can0 up type can bitrate 500000</code>

<code>sudo ifconfig can0 txqueuelen 65536</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_34.jpg

设置完成后输入<code>ifconfig -a</code>，查看CAN连接，可看到can0：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_35.jpg

安装CAN软件：

<code>sudo apt-get install can-utils</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_36.jpg

安装完毕后，连接好与PC之间的CAN收发器，如果树莓派OS重启过，需要再运行一次：

<code>sudo ip link set can0 up type can bitrate 500000</code>

然后运行下列命令，将树莓派OS端置于接收状态：

<code>candump can0</code>

41.jpg

打开PC端的CAN测试软件，设置好波特率等参数，向树莓派OS端发送数据，结果如下：

发送端：

37.jpg

接收端：

38.jpg

如果需要树莓派OS端发送数据，则运行下列命令（#后面的是要发送的数据）：

<code>cansend can0 000#11223344</code>

运行几次就发送几次。

发送端：

39.jpg

接收端：

40.jpg

=== 4.6 测试百兆网口 ===
将连接上游路由器的的网线插入扩展板的百兆网口，网络连接成功后，安装网络测速工具iperf3：

<code>sudo apt install iperf3</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0008_MPS2_5G/0008_MPS2_5G_04.jpg

利用iperf3与PC端进行测速，结果如下：

扩展板作为client时，速度大约为94.5Mbps：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_24.jpg

扩展板作为server时，速度大约为94.9Mbps：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_25.jpg

'''''注意：网络测速受网络环境和测试方法影响，速度请以实际为准，本测试仅供参考。'''''

=== 4.7 测试千兆网口 ===
将连接上游路由器的的网线插入扩展板的千兆网口，利用iperf3与PC端进行测速，结果如下：

扩展板作为client时，速度大约为942Mbps：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_26.jpg

扩展板作为server时，速度大约为945Mbps：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_27.jpg

'''''注意：网络测速受网络环境和测试方法影响，速度请以实际为准，本测试仅供参考。'''''

== '''五、Ubuntu系统下的使用演示''' ==

=== 5.1 准备工作 ===
Ubuntu系统下同样需要在config.txt中加入各个接口与GPIO的对应关系：

<code>dtoverlay=uart0</code>

<code>dtoverlay=uart3,txd3_pin=4,rxd3_pin=5</code>

<code>dtoverlay=uart4,txd4_pin=8,rxd4_pin=9</code>

<code>dtoverlay=uart5,txd5_pin=12,rxd5_pin=13</code>

加入的位置也是在文件的末尾，可以按照在树莓派OS下的方法进行。

保存后退出，然后将TF卡插入扩展板，启动系统。

树莓派端同样建议安装可视化串口软件CuteCom：

<code>sudo apt install cutecom</code>

如果在使用过程中有权限不足的问题，请打开Ubuntu系统的终端，输入：

<code>sudo cutecom</code>

来运行CuteCom。

经测试，CM4_UART_CAN扩展板上各个接口与串口号的对应关系如下（与树莓派OS一样）：

RS485对应ttyAMA5

RS232（三针）对应ttyAMA4

CM4_UART扩展板是九针RS232串口版本。

RS232（九针）对应ttyAMA4

=== 5.2 测试RS485串口 ===
在PC端插上一个USB转RS485串口的转换器，与扩展板上的RS485串口相连，各自打开串口软件进行收发，结果如下：

Ubuntu系统端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_16.jpg

Windows端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_17.jpg

经过实测，波特率最高可达到2.01M（以传输数据不发生乱码为准）。

=== 5.3 测试RS232串口（三针） ===
在PC端插上一个USB转RS232串口的转换器，与扩展板上的RS232串口（三针）相连，各自打开串口软件进行收发，结果如下：

Ubuntu系统端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_18.jpg

Windows端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_19.jpg

经过实测，波特率最高可达到0.86M（以传输数据不发生乱码为准）。

=== 5.4 测试RS232串口（九针） ===
在PC端插上一个USB转RS232串口的转换器，与扩展板上的RS232串口（三针）相连，各自打开串口软件进行收发，结果如下：

Ubuntu系统端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_14.jpg

Windows端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_15.jpg

经过实测，波特率最高可达到0.28M（以传输数据不发生乱码为准）。

=== 5.5 测试CAN接口 ===

=== 5.6 测试百兆网口 ===
将连接上游路由器的的网线插入扩展板的百兆网口，利用iperf3与PC端进行测速，结果如下：

CM4_UART/CAN扩展板作为client时，速度大约为94.4Mbps：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_20.jpg

扩展板作为server时，速度大约为94.8Mbps：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_21.jpg

'''''注意：网络测速受网络环境和测试方法影响，速度请以实际为准，本测试仅供参考。'''''

=== 5.7 测试千兆网口 ===
将连接上游路由器的的网线插入扩展板的千兆网口，利用iperf3与PC端进行测速，结果如下：

扩展板作为client时，速度大约为941Mbps：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_22.jpg

扩展板作为server时，速度大约为938Mbps：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_23.jpg

'''''注意：网络测速受网络环境和测试方法影响，速度请以实际为准，本测试仅供参考。'''''