查看“2007 CM4 LoRa 4G（LoRa及4G接口）”的源代码

== '''关键词''' ==
树莓派、Raspberry Pi、LoRa、CM4核心板、系统烧写、4G、SSD、RPiOS、RS232、RS485

== '''一、简介''' ==
CM4_LoRa扩展板基于CM4核心板设计，扩展两路Mini PCIe接口用于连接LoRa模块（同时兼容4G模块）。一路PCIe M-KEY接口。一路RTC。其它为CM4标准资源，包括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2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。

== '''二、硬件资源''' ==
1. 一路原生千兆网口；

2. 一路PCIe M-KEY接口；

3. 一路支持4K分辨率的标准HDMI口；

4. 两路USB2.0主机口；

5. 一路内置1.25mm 4Pin USB2.0接口；

6. 一路USB-C烧写口；

7、一路CSI（22PIN，0.5mm，翻盖下接）；

8. 一路DSI（22PIN，0.5mm，翻盖下接）；

9. 两路RS232接口；

10. 两路RS485接口；

11. 两路Nano SIM卡接口；

12. 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进行测试。

树莓派OS的版本为2024-10-22-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

=== 3.2 从TF卡启动 ===
如果核心板没有eMMC，则系统将从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_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系统或者OpenWrt系统也是用类似的操作，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

安装后使用跳线帽短接扩展板BOOT脚（在CM4核心板下面）。

使用'''''USB Type A-C数据线'''''将扩展板上的USB OTG接口（即扩展板的两个USB-A口之间的USB Type-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，运行<code>ifconfig -a</code>，查看ip地址：

http://www.mcuzone.com/wiki/2007_CM4_LoRa_4G/2007_CM4_LoRa_4G_01.jpg

可见获取的ip地址为192.168.8.101。

为了操作方便，建议使用PC端的SSH软件连接系统并进行终端操作，我们使用与树莓派的无线网卡的IP地址在同一网段内的PC，通过MobaXterm进行连接：

http://www.mcuzone.com/wiki/2007_CM4_LoRa_4G/2007_CM4_LoRa_4G_02.jpg

连接后，大部分操作都可以通过PC端的MobaXterm进行，使得整套硬件系统可以脱离显示器运作。以下测试操作将通过MobaXterm在PC端进行演示。

安装测速软件iperf3：

<code>sudo apt install iperf3</code>

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943Mbps左右

http://www.mcuzone.com/wiki/2007_CM4_LoRa_4G/2007_CM4_LoRa_4G_03.jpg

server模式为949Mbps左右：

http://www.mcuzone.com/wiki/2007_CM4_LoRa_4G/2007_CM4_LoRa_4G_04.jpg

'''''注意：原生千兆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。'''''

=== 4.2 PCIe M-KEY测试（SSD测试） ===
关闭扩展板电源，将SSD安装好后重新上电（接口在扩展板背后）。

在树莓派OS中对SSD分区进行授权：

http://www.mcuzone.com/wiki/2007_CM4_LoRa_4G/2007_CM4_LoRa_4G_05.jpg

在终端中输入ls /dev，即可看到硬盘加载：

http://www.mcuzone.com/wiki/2007_CM4_LoRa_4G/2007_CM4_LoRa_4G_06.jpg

安装硬盘测速软件hdparm：

<code>sudo apt install hdparm</code>

运行命令，可多次运行，测试多次硬盘速度：

<code>sudo hdparm -t /dev/nvme0n1p1</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/2007_CM4_LoRa_4G/2007_CM4_LoRa_4G_07.jpg

可见SSD硬盘的接口速度约为350MB/s左右。

'''''注意：测试速度受网络状况、硬盘质量、硬盘上的文件存储情况等多种因素影响，以上测试结果仅供参考，不作为实际产品的最终参数。'''''

=== 4.3 DSI测试 ===
首先使用22Pin 0.5mm间距转15Pin 1mm间距的转接板和相应的FPC排线，将树莓派官方的7寸触摸屏与扩展板上的DSI接口相连接，然后用一根Micro-USB线给触摸屏供电，注意，树莓派触摸屏不用Micro线独立供电的话是无法使用的，切勿忘记。

连接好后，给扩展板上电。等待系统运行后打开终端，运行下列命令：

<code>sudo nano /boot/firmware/config.txt</code>

在文件末尾加入下列语句：

<code>dtoverlay=vc4-kms-dsi-7inch</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/2007_CM4_LoRa_4G/2007_CM4_LoRa_4G_08.jpg

保存后重启系统，即可使用树莓派官方7寸触摸屏。

=== 4.4 CSI测试 ===
首先将摄像头连接到扩展板的CSI1接口（本文档使用OV5647摄像头），连接好后，给板子上电。等待系统运行后打开终端，运行下列命令：

<code>sudo nano /boot/firmware/config.txt</code>

在文件末尾加入下列语句：

<code>dtoverlay=ov5647,cam1</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/2007_CM4_LoRa_4G/2007_CM4_LoRa_4G_10.jpg

在实际使用中根据自己的型号进行添加，保存后重启系统，即可使用OV5647摄像头。

重启后在终端中输入：

<code>ls /dev</code>

即可看到video0设备（插一个摄像头显示video0，如果有两路CSI，并插两个摄像头显示video0、video1，和插在哪一路CSI无关）。

http://www.mcuzone.com/wiki/2007_CM4_LoRa_4G/2007_CM4_LoRa_4G_11.jpg

在终端中输入<code>libcamera-hello --camera 0</code>即可打开对应的摄像头浏览（camera 0对应dev中的video0）。

http://www.mcuzone.com/wiki/2007_CM4_LoRa_4G/2007_CM4_LoRa_4G_12.jpg

如果需要拍照，则输入：

<code>libcamera-jpeg -o test.jpg</code>

照片保存在<code>/home/mcuzone</code>目录下（即用户主目录），照片效果如下：

http://www.mcuzone.com/wiki/2007_CM4_LoRa_4G/2007_CM4_LoRa_4G_14.jpg

=== 4.5 USB2.0测试 ===
扩展板上电启动后我们将U盘插入USB2.0接口，输入<code>lsusb</code>查看USB2.0hub是否正常识别，随后输入<code>lsusb -t</code>查看USB2.0工作模式是否正常：

http://www.mcuzone.com/wiki/2007_CM4_LoRa_4G/2007_CM4_LoRa_4G_15.jpg

两处红框表示USB2.0hub已正常识别，并且U盘工作在480M下，因此USB2.0工作模式也正常。

=== 4.6  RTC(DS1307)配置 ===
本扩展板使用DS1307作为RTC芯片。配置RTC之前，我们需要先将I2C打开：

左上角树莓派标志—Preferences—Raspberry Pi Configuration—Interfaces

将I2C打开，如图所示：

http://www.mcuzone.com/wiki/3003_21700_5V5A_PD/3003_21700_5V5A_PD_07.jpg

然后编辑config.txt：

<code>sudo nano /boot/firmware/config.txt</code>

在文件末尾加入下列语句：

<code>dtoverlay=i2c-rtc,ds1307</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/2007_CM4_LoRa_4G/2007_CM4_LoRa_4G_16.jpg

保存后退出，重启系统，在树莓派终端中输入<code>ls /dev</code>，即可看到RTC设备：

http://www.mcuzone.com/wiki/2007_CM4_LoRa_4G/2007_CM4_LoRa_4G_17.jpg

将系统时间写入DS1307的命令是<code>sudo hwclock -w</code>；

将系统时间从DS1307读出的命令是<code>sudo hwclock -r</code>。

如下图所示：

http://www.mcuzone.com/wiki/2007_CM4_LoRa_4G/2007_CM4_LoRa_4G_18.jpg

=== 4.7 LoRa(E22 400T30E)测试 ===

==== 4.7.1 两路LoRa模块互传信息 ====
本扩展板拥有两路LoRa接口，本文通过配置两路模块为透传模式进行演示。

将两路LoRa模块安装好，在默认情况下，模块处于休眠模式，将各自模块前的M0、M1通过短路帽分别短接即可激活模块并设置为传输模式，设置完毕后上电启动系统。

输入<code>ls /dev</code>，查看两路串口设备，分别是ttyUSB0和ttyUSB1：

http://www.mcuzone.com/wiki/2007_CM4_LoRa_4G/2007_CM4_LoRa_4G_19.jpg

安装串口软件minicom：

<code>sudo apt install minicom</code>

然后打开两个终端窗口，分别运行：

<code>sudo minicom -D /dev/ttyUSB0</code>

及

<code>sudo minicom -D /dev/ttyUSB1</code>

在一个终端窗口中输入信息，则另一个窗口就输出所输入的信息：

http://www.mcuzone.com/wiki/2007_CM4_LoRa_4G/2007_CM4_LoRa_4G_20.jpg

==== 4.7.2 LoRa模块A与RS232、RS485接口互传信息 ====
注意：LoRa模块能否实现与扩展板的RS232、RS485接口互传信息，依赖于LoRa模块本身是否具备该功能，本扩展板的RS232、RS485接口适配于E22 400T30E LoRa模块。

若要LoRa模块与RS232、RS485接口互传信息，则需搭配USB转RS232、RS485模块将LoRa模块与PC进行连接。下方的RS232_A、RS485_A接口对应右侧的4G_A接口（ttyUSB1）。

为了观察直观，建议在树莓派系统下安装图形化串口软件CuteCom：

<code>sudo apt install cutecom</code>

将RS232_A与PC端通过USB转RS232模块连接，然后通过串口工具分别在树莓派端和PC端互相收发数据：

树莓派端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2007_CM4_LoRa_4G/2007_CM4_LoRa_4G_23.jpg

PC端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2007_CM4_LoRa_4G/2007_CM4_LoRa_4G_24.jpg

将RS485_A与PC端通过USB转RS485模块连接，然后通过串口工具分别在树莓派端和PC端互相收发数据：

树莓派端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2007_CM4_LoRa_4G/2007_CM4_LoRa_4G_25.jpg

PC端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2007_CM4_LoRa_4G/2007_CM4_LoRa_4G_26.jpg

==== 4.7.3 LoRa模块B与RS232、RS485接口互传信息 ====
上方的RS232_B、RS485_B接口对应左侧的4G_B接口（ttyUSB0）。

将RS232_B与PC端通过USB转RS232模块连接，然后通过串口工具分别在树莓派端和PC端互相收发数据：

树莓派端：

21.jpg

PC端：

22.jpg

将RS485_B与PC端通过USB转RS485模块连接，然后通过串口工具分别在树莓派端和PC端互相收发数据：

树莓派端：

27.jpg

PC端：

28.jpg