0010 MPSD2.5GD

关键词

树莓派5、PCIe扩展、Raspberry Pi5、SSD启动、NAS、测速、固态硬盘、Switch、RTL8125、2.5Gbps以太网、iperf3测速

一、简介

MPSD2.5GD扩展板通过PCIe switch芯片实现PCIe一扩四设计，采用16pin弯PCIe屏蔽线和树莓派5连接。其中两路PCIe用于接M.2 M-KEY NVMe SSD固态硬盘，支持2280/2242/2230；两路PCIe用于接2.5G以太网。

MPSD2.5GD扩展板需要独立供电，可通过DC5.5外部电源供电(支持7-24V宽电压输入)，也可以通过5V USB Type-C供电，而树莓派5自身可以独立供电，也可以通过2.54mm 2Pin线缆从树莓派5的40Pin取电。

二、硬件资源

1. 通过PCIe Switch芯片实现PCIe一扩四;用0.5mm 16P 弯PCIe屏蔽线和树莓派5链接；

2. 采用PCIe接口扩展两路2.5Gbps以太网(RTL8125)；在树莓派官方OS和Openwrt系统下免驱，Ubuntu系统下需安装驱动；

3. 采用PCIe接口扩展两路NVMe协议的SSD固态盘接口；支持2230/22242/2280尺寸(默认焊接2280固定柱),仅支持PCIe 2.0 x1 Gen2；不支持SATA和GNFF硬盘；

4. 硬盘可用于存储扩展，也可支持从SSD启动，需更新树莓派官方固件至2024.5.13及以后版本；

5. 供电:支持7-24V 宽电压DC5.5供电；支持5V USB-C供电；

6. 一个按键开关机；

7. 尺寸：

8. 可选钣金外壳。

注意：USB Type-C和7-24V DC5.5口不可同时使用！

树莓派5可以独立供电，也可以直接用此扩展板供电。

具体供电方式如下：

1. 树莓派5不供电，仅靠此扩展板直接供电。则需通过底板的2.54mm-2p电源口接到树莓派5的40pin GPIO。

1) 如果用板载USB Type-C口，必须要5V5A；

2) 如果用DC5.5-2.1供电，支持7-24V宽电压，比如12V2A；

通过扩展板直接供电，操作系统会报低功率，但是不影响使用；如果要解除系统报低功率，可以插一个我司配件PD Dongle适配器。

2. 树莓派5独立供电，此时不能接扩展板的2p线到树莓派40Pin GPIO。

扩展板独立供电，可以7-24V宽电压DC5.5-2.1供电或5V3A USB Type-C口供电。

三、树莓派系统的使用

3.1 树莓派系统烧写

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

3.1.1 系统烧写在SD（TF）卡上

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 5；

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）；

选择完毕后按“NEXT”，进入下面这个界面：

1. 基于这个界面，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。

2. 基于前面界面，如果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(如下图)，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。

以上介绍的是烧写树莓派OS，烧写Ubuntu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Ubuntu系统镜像即可。

使用balenaEtcher烧写：

首先在WIndows端安装balenaEtcher，下载地址：https://etcher.balena.io/#download-etcher

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：

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。

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。

3.1.2 系统烧写在SSD硬盘上

树莓派仅支持PCIe NVMe协议接口的SSD。

设置启动顺序并使能SSD：

使用TF卡启动树莓派OS，打开树莓派OS的终端，输入sudo rpi-eeprom-config --edit，修改 BOOT_ORDER为：

BOOT_ORDER=0xf416

修改或添加PCIE_PROBE为：

PCIE_PROBE=1

然后按Ctrl+X，保存退出并重启。

注意1：这个文件编辑后保存在树莓派开发板的E²PRom中，因此如果不更换树莓派开发板，只是更换系统的话，是不需要再次编辑的。

注意2：不同时期出货的树莓派5出厂设置并不相同，2024年出货的已经都使能固态盘启动。

其中启动顺序的说明如下：

即上述的BOOT_ORDER=0xf416表示启动顺序为NVMe（SSD）、SD（TF）卡、U盘，大家可以按照自己的需求设置启动顺序。

烧写并启动SSD上的系统：

将SSD插入一个M.2（PCIe NVMe协议）转USB读卡器，将其接到PC上，使用与在TF卡上烧写镜像同样的方法烧写系统镜像到SSD，然后将SSD取下，插回扩展板，并上电启动系统（可以取下原本用来启动系统的TF卡）即可。

如果不取下烧写有系统的TF卡，则按照上面设置启动顺序启动。

3.2 SSD作为存储扩展

3.2.1 添加新硬盘

把树莓派开发板设置为从TF卡启动，将一块SSD硬盘插入扩展板的M.2接口，从TF卡启动树莓派OS。

在树莓派OS中，打开File Manager，我们可以看到SSD的分区。如下图所示：

如果需要对SSD操作，请点击分区图标，此时需要输入系统密码，然后点击“Authenticate”，授权成功后即可对SSD进行操作：

此时回到桌面，就可以看到SSD分区的快捷图标：

同时在终端中输入df，也可以看到SSD分区，我们可以将这个SSD作为存储设备。

如果还需要对添加的硬盘进行分区，我们可以参考以下链接：

对SSD进行分区等操作

3.2.2 查看SSD硬盘状态

将两块SSD硬盘插入扩展板的M.2接口，从TF卡启动树莓派OS。

在树莓派OS中对SSD硬盘进行授权后，打开File Manager，我们可以看到两个SSD的分区（注意，分区的个数以硬盘分区的实际情况为准，这里测试的是每个硬盘只分了一个分区），桌面上也有两个SSD的分区的快捷图标。如下图所示：

在树莓派终端中输入df命令，我们也可以看到两个SSD的分区信息，我们可以将这个SSD作为存储设备：

3.2.3 对SSD硬盘进行测速

因为MPS2.5G无法工作在PCIe Gen3模式下，所以我们无需更改PCIe模式，直接使用hdparm软件测试速度即可。

安装硬盘测速软件hdparm，在树莓派终端下运行：

sudo apt install hdparm

在上一节的分区信息中，我们可以看到两个SSD分区名为nvme0n1p1、nvme1n1p1：

对nvme0n1p1进行测速，运行命令，可多次运行，测试多次硬盘速度：

sudo hdparm -t /dev/nvme0n1p1

对nvme1n1p1进行测速，运行命令，可多次运行，测试多次硬盘速度：

sudo hdparm -t /dev/nvme1n1p1

可见两个测试硬盘的运行速度为430MB/s左右。

注意：硬盘运行速度受硬盘质量、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。

3.3 SSD用于系统启动时的优先级

将树莓派OS烧写进SSD，然后拔掉TF卡，或者在启动顺序设置中，把从NVMe（SSD）启动设置成第一位。

经我们的测试，单个SSD插在任何一个SSD插槽上均可启动系统（横向插槽是04插槽，竖向插槽06插槽）；若两个插槽都插上SSD，如果只有一个SSD烧写了系统，那将从烧写了系统的SSD启动，若两个SSD都烧写了系统，则将从04插槽优先启动系统。插槽在扩展板上的位置如下图所示：

两个插槽的具体信息，可以在终端中输入lspci来查看：

3.4 2.5G以太网测试

3.4.1 Internet网络测试

MPSD2.5GD扩展板上的2.5G网口在树莓派OS下即插即用，系统起来后，在树莓派终端中输入ifconfig -a命令，两个网口分别被识别为eth1和eth2：

对两个网口分别连外网（200M宽带）测速，结果如下：

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。

3.4.2 2.5G内网测试

安装网络测速工具iperf3：

sudo apt install iperf3

利用iperf3，通过2.5G路由器，在树莓派OS与PC之间进行测速。

eth1测速结果如下：

当树莓派OS作为client时，速度大约为2.02Gbps：

当树莓派OS作为server时，速度大约为1.85Gbps：

eth2测速结果如下：

当树莓派OS作为client时，速度大约为2.02Gbps：

当树莓派OS作为server时，速度大约为1.84Gbps：

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。

3.4.3 固定2.5G网口的MAC地址

2.5G网口为RTL8125网卡，在使用过程中的MAC地址是不固定的，每次重新上电后MAC地址都会随机改变。下面讲解如何为RTL8125网卡设置固定MAC地址。

本讲解也适用于Ubuntu系统。

首先在树莓派终端中查看RTL8125网卡的识别信息：

ipconfig -a

这里两块RTL8125网卡分别为eth1和eth2，实际操作中可能会因为系统识别名称不同而不同。

然后输入：

sudo mousepad /etc/systemd/system/macspoof@eth1.service

或：

sudo nano /etc/systemd/system/macspoof@eth1.service

eth1为上面显示的网卡识别名称。

运行上面的命令后会新建一个文档，输入以下文本：

[Unit]

Description=MAC Address Change %I

Wants=network-pre.target

Before=network-pre.target

BindsTo=sys-subsystem-net-devices-%i.device

After=sys-subsystem-net-devices-%i.device

[Service]

Type=oneshot

ExecStart=/usr/bin/ip link set dev %i address xx:xx:xx:xx:xx:xx

ExecStart=/usr/bin/ip link set dev %i up

[Install]

WantedBy=multi-user.target

其中“xx:xx:xx:xx:xx:xx”为想要指定的MAC地址，可以按MAC地址格式自行确定（不要和其它网络设备重复），设置完成后保存并退出。

随后输入下面的命令使能服务：

sudo systemctl enable macspoof@eth1.service

这样就完成了对eth1的固定MAC地址。

对如eth2这样的其它网卡，也是按照上述步骤进行操作。

全部操作完毕后重启系统，系统重启完毕后，执行ipconfig -a即可看到MAC地址更改成功：

四、Ubuntu系统的使用

4.1 Ubuntu系统烧写

Ubuntu OS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

Ubuntu系统也可以烧写在TF卡及SSD硬盘上，烧写方法与烧写树莓派系统一致，请参阅3.1节。

注意，设置启动顺序需要在树莓派系统下设置，对于同一块树莓派开发板，设置一次后如果不修改启动顺序就不需要重新设置，启动顺序与系统无关。

4.2 SSD作为存储扩展

4.2.1 添加新硬盘

把树莓派开发板设置为从TF卡启动，将一块SSD硬盘插入扩展板的M.2接口，从TF卡启动树莓派OS。

在Ubuntu系统中，与树莓派OS不同的是，我们不需要输入系统密码就可以对SSD进行操作。我们进入Files，点击Other Locations，可以看到SSD的分区（500GB Volume，挂载到/dev/nvme0n1p1）。如下图所示：

注意：如果要在终端中对SSD硬盘进行操作，必须按照上面的步骤先进一次SSD文件夹。

同时在桌面，也可以看到SSD分区的快捷图标：

在终端中输入lsblk，也可以看到这个SSD分区，我们可以将这个SSD作为存储设备。

如果还需要对添加的硬盘进行分区，我们可以参考以下链接：

对SSD进行分区等操作

4.2.2 查看SSD硬盘状态

树莓派开发板默认设置为从TF卡启动，将两块SSD硬盘各自插入扩展板的M.2接口，从TF卡启动Ubuntu系统。

在Ubuntu系统中无需对SSD硬盘进行授权（但需在Files里面先进入一遍这两个分区），打开Files，我们可以在Other Locations中看到两个SSD的分区（注意，分区的个数以硬盘分区的实际情况为准，这里测试的是每个硬盘只分了一个分区），桌面上也有两个SSD的分区的快捷图标。如下图所示：

在Ubuntu终端中输入df命令，我们也可以看到两个SSD的分区信息，我们可以将这个SSD作为存储设备：

4.2.3 对SSD硬盘进行测速

因为MPS2.5G无法工作在PCIe Gen3模式下，所以我们无需更改PCIe模式，直接使用hdparm软件测试速度即可。

安装硬盘测速软件hdparm，在Ubuntu终端下运行：

sudo apt install hdparm

在上一节的分区信息中，我们可以看到两个SSD分区名为nvme0n1p1、nvme1n1p1：

对nvme0n1p1进行测速，运行命令，可多次运行，测试多次硬盘速度：

sudo hdparm -t /dev/nvme0n1p1

对nvme1n1p1进行测速，运行命令，可多次运行，测试多次硬盘速度：

sudo hdparm -t /dev/nvme1n1p1

可见两个测试硬盘的运行速度为430MB/s左右。

注意：硬盘运行速度受硬盘质量、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 SSD用于系统启动

将Ubuntu系统烧写进SSD，然后拔掉TF卡，或者在启动顺序设置中，把从NVMe（SSD）启动设置成第一位。

经我们的测试，单个SSD插在任何一个SSD插槽上均可启动系统（横向插槽是04插槽，竖向插槽06插槽）；若两个插槽都插上SSD，如果只有一个SSD烧写了系统，那将从烧写了系统的SSD启动，若两个SSD都烧写了系统，则将从06插槽优先启动系统（与树莓派OS相反）。插槽在扩展板上的位置如下图所示：

两个插槽的具体信息，可以在终端中输入lspci来查看：

4.4 2.5G以太网驱动的使用

4.4.1 安装RTL8125驱动

请参阅此链接：双网口驱动安装步骤

4.4.2 2.5G Internet网络测试

对两个网口分别连外网（200M宽带）测速，结果如下：

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。

如果使用Ubuntu内置的Firefox浏览器时运行速度很慢或者经常无响应，建议安装轻量浏览器Falkon：

sudo apt install falkon

4.4.3 2.5G内网测试

安装网络测速软件iperf3：

sudo apt install iperf3

利用iperf3，在Ubuntu系统与PC之间进行测速。

第一个网口测速结果如下：

当Ubuntu系统作为client时，速度大约为2.35Gbps：

当Ubuntu系统作为server时，速度大约为1.84Gbps：

第二个网口测速结果如下：

当Ubuntu系统作为client时，速度大约为2.35Gbps：

当Ubuntu系统作为server时，速度大约为1.84Gbps：

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、OpenWrt系统的使用

MPSD2.5GD扩展板在OpenWrt系统下，扩展板上的两个2.5G网口可以作为LAN口，树莓派5上的原生网口可以作为WAN口，这样就能配置成一个双LAN口的2.5G路由器，同时接在LAN口上的设备之间的传输速度最高可达2.5Gbps。

本文档使用的OpenWrt系统为：openwrt-bcm27xx-bcm2712-rpi-5-squashfs-sysupgrade-linux-6.1.100-20240805.img.gz

OpenWrt系统烧写在TF卡上，烧写方式与树莓派系统相同。

5.1 登录系统

将树莓派5自身网口插在PC上，系统启动后，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：

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：

5.2 双LAN口的配置和应用

MPSD2.5D的双LAN口配置与MP2.5D一致，可参阅以下链接：

MP2.5D双LAN口的配置

测速（200M宽带）结果如下：

把两台具有2.5G网卡的PC（本文档为了区分，两台PC所使用的系统，一台Windows系统，一台Ubuntu系统，用户可以根据自己的需求使用适合的系统）分别接到eth1和eth2上，利用iperf3测速，结果如下：

实测Windows作为client端，Ubuntu作为server端，速度约为1.84Gbps；Windows作为server端，Ubuntu作为client端，速度约为2.34Gbps。

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。

5.3 双SSD硬盘存储测试

在OpenWrt系统下，我们可以将两个SSD硬盘同时作为存储设备使用，具体设置见下面链接，注意，需要将两个SSD硬盘都设置为共享目录：

设置SSD硬盘为共享目录

设置完毕后，我们在资源管理器中输入\\192.168.198.1（地址为扩展板的地址，视实际情况而不同），就能看到两个硬盘所映射的共享目录了：

测试结果如下：

第一块硬盘写测试：

第一块硬盘读测试：

第二块硬盘写测试：

第二块硬盘读测试：

5.4 其它应用

树莓派5的无线模块可以作为无线AP，也可以作为无线WAN口，关于这些应用的实现，请参考下列链接：

树莓派自带WiFI做无线AP（master模式）使用

树莓派自带WiFi做Client使用

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