查看“0020 MPU4G(PCIe to USB 4G LTE”的源代码

== '''关键词''' ==
树莓派5、 Raspberry Pi、4G LTE、PCIe、mini PCIe、AT命令

== '''一、简介''' ==
MPU4G是一款专为树莓派5设计的4G扩展板，通过PCIe接口先扩展出四路USB2.0接口，然后再将其中一路USB2.0信号连接至miniPCIE接口的4G模组，另3路USB2.0接口以1.25mm 4Pin接口形态引出，借助这3个接口可进一步扩展1-3路CM4尺寸的4G模组，扩展2路以上4G模组时请注意供电；也可以用于扩展我司温湿度模块或GPS模块。扩展板配套的4G模块均免驱免拨号，在树莓派官方OS/Ubuntu下，自动识别，即插即用，无需额外装驱动，其目标应用：

4G接入、多4G载波聚合、远程无人值守。

== '''二、硬件资源''' ==
一路PCIE接口，0.5mm 16P，用于连接树莓派5自身PCIe接口；PCIe扩4路USB口；

一路MiniPCie 4G LTE接口；

一路Nano SIM卡座，且预留eSIM芯片位置（封装为5*6mm），单卡单待；

三路USB2.0接口，1.25mm-4P，可用于扩1-3路4G；

两盏LED灯，其中一盏为电源指示灯，一盏为4G状态灯；

预留2个4G SMA天线接口；

板载采用高效进口DC-DC芯片；

尺寸：85*56mm，和树莓派5尺寸及定位孔完全吻合；板子采用凹槽设计，不影响树莓派5的GPIO；

可选铝合金外壳。

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_32.jpg
{| class="wikitable"
|+
!
!CAT4
!高通4G/GPS
!ZTE CAT4
!EC20-GPS简版
|-
|BAND
|LTE FDD：B1/3/5/8
LTE TDD：B34/38/39/40/41
|LTE FDD：B1/3/5/8
LTE TDD：B34/38/39/40/41

WCDMA：B1/8

TDSCDMA:B34/39

EVDO/CDMA1X:BC0

GSM/GPRS/EDGE:900/1800MHz(OPT)
|
|LTE FDD：B1/3/5/8
LTE TDD：B34/38/39/40/41

WCDMA:B1/8

TDSCDMA:B34/39

CDMA:BC0

GSM:900/1800MHz
|}

== '''三、树莓派OS的操作''' ==
本文档采用树莓派OS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

不同的4G型号，识别的设备型号不一样，一般为eth1或USB0设备。4G型号如下：

国产CAT4，ZTE CAT4，移远EC20语音GPS简版（有打电话发短信功能），高通4G，高通4G-GPS版本；还有国外版本，比如高通4G欧洲版，澳洲版和北美版等。

http://www.mcuzone.com/wiki/0024_MP4GUSB/0024_MP4GUSB_87.jpg

=== 3.1 高通4G模组 ===
在树莓派终端中执行<code>ifconfig -a</code>，我们可以看到4G模块（usb0）已经正确获得了IP地址：

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_24.jpg

正常状态下，扩展板上的”4G“LED灯，状态为慢闪，中间有短暂快闪。

=== 3.2  CAT4 4G模组 ===
系统上电启动后，在树莓派终端中执行命令<code>lsusb</code>，如下图所示：

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_25.jpg

本模块的id为1286 4e3d，记录下这个值。

在树莓派终端中执行<code>ifconfig -a</code>，我们可以看到4G模块（eth1）已经正确获得了IP地址：

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_26.jpg

正常状态下，扩展板上的”4G“LED灯，状态为慢闪。

=== 3.3 ZTE CAT4 4G模组 ===
系统启动后，在树莓派终端中执行命令<code>lsusb</code>，如下图所示：

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_27.jpg

本模块的id为2cb7 0001，记录下这个值。

在树莓派终端中执行<code>ifconfig -a</code>，我们可以看到4G模块（eth1）已经正确获得了IP地址：

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_28.jpg

正常状态下，扩展板上的”4G“LED灯，状态为快闪。

=== 3.4 EC20-GPS语音简版 ===
系统启动后，在树莓派终端中执行命令<code>lsusb</code>，如下图所示：

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_29.jpg

本模块的id为2c7c 0125，记录下这个值。

在树莓派终端中执行<code>ifconfig -a</code>，我们可以看到4G模块（usb0）已经正确获得了IP地址：

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_30.jpg

正常状态下，扩展板上的”4G“LED灯，状态为慢闪。

=== 3.5 联网测试 ===
4G模组正确获得ip地址后，我们可以ping外网地址，如：

<code>ping www.mcuzone.com</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_18.jpg

也可以通过4G模块连接外网，访问[https://www.speedtest.cn/ 测速网站]测速，结果如下：

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_20.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。'''''

=== '''四、Ubuntu的操作''' ===
我们测试的Ubuntu OS的版本为：

ubuntu-24.04-preinstalled-desktop-arm64+raspi.img.xz（图形化版本）

ubuntu-24.04-preinstalled-server-arm64+raspi.img.xz（Server版，命令行版本）

Ubuntu OS下载地址：

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

=== 4.1 Ubuntu系统 ===
Ubuntu系统（图形化版本），终端执行<code>ifconfig -a</code>时，所有的4G模块均识别为enx开头的网卡。

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_44.jpg

=== 4.2 Ubuntu Server系统 ===
Ubuntu Server系统（命令行版本）基于树莓派，默认只开启一路网络，而且关闭wifi功能，所以若要用4G或wifi，则需要开启第二路，第三路网络，且需要手动添加网卡才能使用；在此，我们将演示Ubuntu Sever下将wifi开启，且使用4G的操作步骤：

==== 4.2.1 系统烧写，设置SSH ====
烧写系统时建议在树莓派烧录器里面把WiFi和SSH设置都预设置好：

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_35.jpg

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_36.jpg

将TF卡插入树莓派，启动系统。第一次启动后会要求登录，用户名和密码均为ubuntu，登录成功后会要求修改密码。

http://www.mcuzone.com/wiki/0007_Zero_4G_Cat1/0007_Zero_4G_Cat1_31.jpg

修改完毕后就自动进入系统。

==== 4.2.2 配置网络 ====
此处操作以CAT 4G为例。

'''''系统默认并没有集成ifconfig工具，只有ip命令可用。'''''

执行<code>ip addr</code>查看并记录下网卡名称：

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_37.jpg

其中eth0树莓派5自带千兆网口，enx000c29a39b6d为4G模组，wlan0为树莓派自身的无线网卡（本系统烧写时已经预配置了无线热点信息，因此启动后即可使用无线网卡）。

然后运行下面的命令，打开网卡配置文件：

<code>sudo nano /etc/netplan/50-cloud-init.yaml</code>

按照下图编辑网卡配置文件：

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_34.jpg

保存退出，然后重启。

重启后即可联网，安装net-tools工具以便于使用：

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

安装完毕net-tools工具，即可使用<code>ifconfig -a</code>查看网络状态：

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_38.jpg

可见此时有线网卡和4G模组均已获取了ip地址。

== '''五、AT命令操作''' ==

=== 5.1 操作AT命令 ===
此处操作以高通4G模组为例。在树莓派终端中执行命令<code>lsusb</code>，如下图所示：

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_23.jpg

本模块的id为05c6 90b6，记录下这个值。（每个模组的ID号不同，以实际查看为准）

使用下列命令打开ttyUSB串口，其中echo后面的值就是之前记录的ID值：

<code>sudo modprobe option</code>

<code>sudo sh -c 'echo 05c6 90b6 > /sys/bus/usb-serial/drivers/option1/new_id'</code>

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_02.jpg

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ttyUSB0-2三个设备：

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_03.jpg

然后通过minicom打开AT命令串口：

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

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_04.jpg

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_05.jpg

直接键入AT命令，回车可以看到结果，如果需要查看回显，请键入命令：<code>ate1</code>。

=== 5.2 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。

http://www.mcuzone.com/wiki/0007_Zero_4G_Cat1/0007_Zero_4G_Cat1_15.jpg

=== 5.3 关于网络策略的一些知识 ===
若您需要了解一些网络策略知识，可以看如下：

[[1001 Zero 4G Cat1（百兆网络 4G Cat1 USB2.0-A）#4.2.2 设置网卡优先级|如何设置网卡优先级]]

[[1001 Zero 4G Cat1（百兆网络 4G Cat1 USB2.0-A）#4.2.3 利用udhcpc指定DNS服务器|利用udhcpc指定DNS服务器]]

== '''六、OpenWrt的操作''' ==
我们测试用的OpenWrt系统版本为：openwrt-bcm27xx-bcm2712-rpi-5-squashfs-sysupgrade-linux-6.1.100-20240805.img.gz

此扩展板搭配树莓派5，在OpenWrt系统下可配置为一进一出的交换机模式，扩展板上的4G可作为WAN口（直接4G上网），网口配置为LAN口，用于连接PC。

我们4G在OpenWrt系统的内核源码里是自带驱动的，无需额外独立加载驱动，但是用户自己的openwrt固件也有可能编译后不带4G驱动，如何查询是否有4G驱动，在界面“终端”里执行ifconfig-a，如果有出现usb0或者eth1设备，那就是自动识别4G了。如果没有这2个设备，说明这固件没有4G驱动，需要你更换固件，也可以联系我们客服，获取编译好的含4G驱动的固件。如果您的固件有4G设备，那请继续下面的操作。

=== 6.1 登录操作界面 ===
插上烧好OpenWrt系统的TF卡，用千兆网线将树莓派连接至PC网口，上电启动系统，待PC的网卡与树莓派的网口连接成功后，我们在Windows设置中找到网络和Internet，在以太网中打开连接的网络查看默认网关的IP地址，这个地址就是OpenWrt系统的后台配置页面地址，如图所示，本文测试的地址为192.168.198.1：

http://www.mcuzone.com/wiki/0007_Zero_4G_Cat1/0007_Zero_4G_Cat1_18.jpg

然后打开网页浏览器输入192.168.198.1进入OpenWrt系统。默认用户名为root，默认密码为password。

http://www.mcuzone.com/wiki/0007_Zero_4G_Cat1/0007_Zero_4G_Cat1_19.jpg

=== 6.2 添加网络接口（4G模组） ===
下列测试以高通4G模组为例，它和EC20的接口都是usb0，如果换成国产CAT4或中兴CAT4，只需将设置接口时，把usb0改成eth1即可。

进入OpenWrt系统后，然后进入“网络 - 接口”，点击“添加新接口”：

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_12.jpg

新接口的设置如下图，其中”usb0“即为4G模块：

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_13.jpg

然后点击”提交“。

在”防火墙设置“中，区域选择”wan“，然后点击”保存&应用“：

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_14.jpg

稍等片刻，我们在”网络 - 接口“中就能看到WAN口已经通过4G模块获得了IP：

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_15.jpg

此时我们在TTYD终端中，执行<code>ifconfig -a</code>，就能看到usb0的参数，ping公网地址也能成功，说明此时可以通过4G模块上网：

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_16.jpg

同时我们可以在与树莓派相连的PC的网卡连接中，看到以太网的连接状态是Internet，表示此时PC也可以通过这个4G模组上网：

http://www.mcuzone.com/wiki/2003_CM4_Tiny_HDMIx2/2003_CM4_Tiny_HDMIx2_21.jpg

=== 6.3 测试4G模块 ===
此时PC的网卡通过树莓派的LAN口获取了IP地址，可让PC直接通过4G模块上网。

在PC端打开<nowiki/>https://www.speedtest.cn/<nowiki/>进行测速，此时流量走的是4G模块，测试结果如下：

http://www.mcuzone.com/wiki/0020_MP4GM/0020_MP4GM_22.jpg

'''''注意：4G网络测速受网络信号和测试方法影响，速度请以实际为准。'''''

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