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、4G LTE

== '''一、简介''' ==
CM4_UART和CM4_UART_CAN这两款扩展板针对工业应用场景而设计，两款板子均具备HDMI输出、原生千兆网络、USB扩展百兆网络、两路USB2.0、CSI1、DSI、RTC以及常规的启动用TF卡座、40Pin GPIO。CM4_UART具备一路RS232串口和一路RS485接口，而CM4_UART_CAN具备一路RS485，一路RS232，一路CAN接口。板载设计DC宽电压供电和USB-C供电，两路电源，二选一使用，不可同时使用；扩展板沉金工艺，无铅生产，PCB板通过UL和ROHS认证，防火等级94V-0。

== '''二、硬件资源''' ==
http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_52.jpg

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_48.jpg

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_49.jpg

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_50.jpg

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_51.jpg

== '''三、烧写系统''' ==
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-24.10-preinstalled-desktop-arm64+raspi.img.xz，

Ubuntu系统下载地址：

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

=== 3.1 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]]。

=== 3.2 eMMC的烧写 ===
烧写前，扩展板的操作如下：

扩展板上的USB-C口即为5V3A电源口，也是eMMC烧写口，将C口接电脑，板上的BOOT短路帽短上；CM4_UART_CAN扩展板还需把OTG跳线短上，如下图：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_53.jpg

电脑上需安装树莓派CM4核心板的驱动，具体的eMMC烧写系统的方法请[[2003 CM4 Tiny HDMIx2（双HDMI扩展板）#3.3. 从eMMC启动|点击这里]]。

烧写完成后，把短路帽都拔掉，重新上电，启动系统即可。

=== 3.3 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/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_59.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/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_60.jpg

也可以将红框处这一行删除后保存文件：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_61.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的使用''' ==

=== 4.1 测试RS485串口 ===
我们首先要对对串口进行设置，需要在config.txt中加入串口与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，接口与串口号的对应关系如下：

RS485对应ttyAMA5

RS232对应ttyAMA4

下图为CM4_UART_CAN扩展板：

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

下图为CM4_UART扩展板：

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

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/Windows端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_56.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）。

=== 4.2 测试RS232串口 ===
在PC端插上一个USB转RS232串口的转换器，与扩展板上的RS232串口相连，各自打开串口软件进行收发，结果如下：

'''以下是CM4_UART_CAN扩展板测试：'''

树莓派OS端/Windows端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_57.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）。

'''以下是CM4_UART扩展板测试：'''

树莓派OS端/Windows端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_58.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）。

=== 4.3 测试CAN接口 ===
基于CM4_UART_CAN扩展板测试，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>

'''''说明：CAN是SPI接口，需要打开SPI；MCP2515是CAN控制器，oscillator为CAN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，然后将系统卡插入扩展板，启动系统；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/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_62.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>

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_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：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_37.jpg

接收端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_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：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_39.jpg

接收端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_40.jpg

=== 4.4 测试以太网 ===
板载一路原生千兆以太网和一路USB转百兆以太网，在树莓派系统终端下执行<code>ifconfig -a</code>，显示结果如下：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_66.jpg

eth0为原生千兆以太网，已获得IP地址；

eth1为USB转百兆以太网，没插网线，所以没有获得IP地址；

eth2为外接USB 4G模块，已获得IP地址。

==== 4.4.1 测速百兆以太网 ====
将扩展板的网口接到上级路由器，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。'''''

==== 4.4.2 测速原生千兆以太网 ====
将扩展板的千兆网口接到上级路由器，同样用iperfs测速工具测速。

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。'''''

=== 4.5 USB测试 ===
打开树莓派OS的终端，输入命令lsusb，如下图所示：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_67.jpg

Device 002：外挂USB Hub；

Device 003：USB转百兆网卡；

Device 004：USB转4G模块；

Device 005：USB2.0-A接口；

Device 006：USB2.0-A接口。

=== 4.6 4G模块测试 ===
板载的一路1.25mm-4P USB口，可以接我司CM4 4G mini模块，使扩展板具有4G网络功能。

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_54.jpg

==== 4.6.1 4G网络测试 ====
在树莓派系统终端下执行<code>ifconfig -a</code>，显示结果如下：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_66.jpg

上图所示的USB 4G模块为国产CAT4 4G模块，网络标识显示为ethx（x依其它有线网络的数目而定）；

高通 4G LTE模块的网络标识显示为usb0；

ZTE CAT4模块的网络标识显示为ethx。

本文档以国产CAT4 4G模块为例。

执行<code>route</code>，查看路由表，eth2排在第一位，因此此时是通过4G模块上网：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_68.jpg

此时我们ping IP和域名，均成功，说明4G模块工作正常：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_69.jpg

打开<nowiki/>https://www.speedtest.cn/<nowiki/>进行网速测试，结果如下：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_70.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。'''''

==== 4.6.2 网络优先级的修改 ====
上一节我们查看了路由表，默认情况下，优先通过4G网络上网。

如果要优先使用有线网络上网的话，可以运行命令：

<code>sudo ip route del default && sudo route add -net default netmask 0.0.0.0 gw 192.168.8.1</code>

这两条命令（以“&&”分隔）的解释：

<code>sudo ip route del default</code>：删除路由表中的默认路由；

<code>sudo route add -net default netmask 0.0.0.0 gw 192.168.8.1</code>：添加有线网络的网关为新的默认路由（网关地址以实际为准）。

执行完毕后，再执行<code>route</code>，查看路由表，目前的默认路由为有线网络的网关（eth0排第一位）：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_71.jpg

这样网络就默认走有线网络了，如果需要改回默认走4G网络，请运行：

<code>sudo ip route del default && sudo route add -net default netmask 0.0.0.0 gw 192.168.0.1</code>

或者重启系统即可。

其中192.168.0.1为4G模组的默认网关，请以实际为准。

'''''注意，重启后路由表还是会恢复原状，所以如果重启后要网络继续默认走有线网络/无线网络，需要再执行一次<code>sudo ip route del default && sudo route add -net default netmask 0.0.0.0 gw 192.168.8.1</code>。'''''

==== 4.6.3 AT命令操作 ====
使用<code>lsusb</code>查看USB设备，红框处即为4G模组：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_72.jpg

记下4G模块的ID值：1286 4e3d

使用下列命令打开ttyUSB串口，其中echo后面的值就是上面记录的ID值：

<code>sudo modprobe option</code>

<code>sudo sh -c 'echo 1286 4e3d > /sys/bus/usb-serial/drivers/option1/new_id'</code>

执行上述两条命令之后执行：

<code>ls /dev</code>

此时应该能看到dev设备下有ttyUSB0-3四个设备：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_73.jpg

然后用串口工具打开特定串口（AT命令串口）：

安装minicom工具：

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

通过minicom打开AT命令串口：

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

（注意：使用哪个串口，应以在进入此串口后，可输入运行AT命令，显示不乱码，不乱跳结果为准）

如果需要查看回显，请键入命令：<code>ate1</code>，然后回车，继续键入其它命令，回车可以看到结果。

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_74.jpg

常用AT命令：

1. 检查SIM卡是否识别到：

<code>at+cpin?</code>

返回ready表示卡已识别，返回error要检查硬件

2. 检查天线信号质量：

<code>at+csq</code>

返回值在26-31表示信号OK，信号满格31；返回值在20-25表示信号勉勉强强；返回值在20以下表示信号比较糟糕或者天线没接

3. 检查注网情况：

<code>at+cops?</code>

正常应该返回运营商代码和7，7代表4G。

注意，以上命令只有<code>at+csq</code>不要加问号，另外两条命令需要加问号。

4. 查看4G模块的IMEI码：

<code>at+cgsn</code>

5. 重启4G模块（有时候如果重插SIM卡，热插拔不一定管用，可以用这个reset命令来复位模块）：

<code>at+reset</code>

6. 关闭射频：

<code>at+cfun=0</code>

开启射频：

<code>at+cfun=1</code>

上述两条命令成对使用，可以在不重启4G模组的情况下让模组重新注网。

==== 4.6.4 修改4G模组的IP地址 ====
如果出厂默认的4G IP地址和用户使用的IP地址有冲突，或有修改IP地址的需求，可按照下列步骤进行修改：

'''CAT4 4G模块：'''

执行AT命令：

<code>AT+ROUTEIP=<newip></code>

注意，只支持192.168.x.1这样格式的地址，如果设置了<code>AT+ROUTEIP=192.168.3.1</code>，最终获得的IP为192.168.3.100，修改完后需断电重启系统。

查询当前IP：<code>AT+ROUTEIP?</code>，返回两个值，前一个为旧IP，后一个为新IP。

测试命令：<code>AT+ROUTEIP=?</code>

'''高通 4G模块：'''

将4G模块的IP改为直接获取公网IP即可，请执行AT命令：

设置IP为公网：<code>AT+GTIPPASS=1</code>

设置IP为内网：<code>AT+GTIPPASS=0</code>

查询当前IP为公网还是内网：<code>AT+GTIPPASS?</code>

修改IP完毕后需要断电重启才能生效。


=== 4.6 RTC测试 ===
http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_55.jpg

=== 4.7 DSI/CSI测试 ===

==== 4.7.1 DSI测试 ====

==== 4.7.2 CSI测试 ====

== '''五、Ubuntu系统的使用''' ==

=== 5.1 测试RS485串口 ===
首先要对系统进行串口设置，操作步骤和树莓派官方OS一样，见4.1章节。

设置完成后，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/Windows端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_63.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）。

=== 5.2 测试RS232串口 ===
在PC端插上一个USB转RS232串口的转换器，与扩展板上的RS232串口相连，各自打开串口软件进行收发，

'''''CM4_UART_CAN扩展板的测试如下：'''''

Ubuntu系统端/Windows端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_64.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）。

'''''CM4 UART扩展板测试如下：'''''

Ubuntu系统端/Windows端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_65.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）。

=== 5.3 测试CAN接口 ===
本节测试CAN接口时，使用Ubuntu 24.10版本。

Ubuntu系统下同样需要在config.txt中加入CAN配置信息和屏蔽冲突串口：

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

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

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

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

后续配置与在树莓派OS下一致：

查看SPI 的信息：

<code>sudo dmesg | grep spi</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_47.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>

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_42.jpg

安装CAN软件：

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

安装完毕后，连接好与PC之间的CAN收发器，如果Ubuntu系统重启过，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Ubuntu系统端置于接收状态：

<code>candump can0</code>

打开PC端的CAN测试软件，设置好波特率等参数，向Ubuntu系统端发送数据，结果如下：

发送端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_43.jpg

接收端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_44.jpg

如果需要Ubuntu系统端发送数据，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：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_45.jpg

接收端：

http://www.mcuzone.com/wiki/2006_CM4_UART_CAN/2006_CM4_UART_CAN_46.jpg

=== 5.4 测试以太网 ===
板载两路以太网，测试：

==== 5.4.1 百兆以太网测速 ====
将扩展板的百兆网口接上级路由器，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。'''''

==== 5.4.2 千兆以太网测速 ====
将扩展板千兆网口接上级路由器，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。'''''

=== 5.5 USB及4G测试 ===

=== 5.6 RTC测试 ===

=== 5.7 CSI/DSI测试 ===

{{联系我们_图标}}

[http://wiki.mcuzone.com/index.php?title=2006_CM4_UART_CAN T]