2002 CM4 3xPCIe（SSD WIFI6 USB3.0 5G 4G扩展板）

关键词

树莓派、CM4、PCIe、扩展板、SSD、WiFi6、USB3.0、5G、4G、四层板、OpenWrt、Raspberry Pi、Computer、Module、软路由、CSI、DSI

一、简介

随着紫光展锐在2021年初开始量产5G芯片组，5G模组的价格稳步下调，基本进入了大众所能接受的价格区间。同时WiFi6模组大大提升了WiFi内网的通讯效率。在5G和WiFi6的高数据吞吐量的支持下，SSD作为高速和大容量的存储设备也逐步在高性能嵌入式系统平台普及。我们这款树莓派CM4_3xPCIE扩展板集齐了SSD+WiFi6+5G+4G+USB3.0等诸多主流外设，可理想用于各类海量数据的高速采集、处理、通讯的应用场合。如WiFi6测试终端、远程图像视频采集系统、车载数据接入设备、融合媒体播放器、人脸识别等等。

二、硬件资源

无线通讯：

● 1路PCIe M.2 WiFi6接口，支持AX200和AX210；

● 1路5G模组接口，USB3.0信号，支持主流5G模组（FM150、FM650、RM500U等），Nano SIM卡座；

外设接口：

● 1路原生千兆以太网；

● 1路USB3.0主机接口；

● 2路USB2.0主机接口（带1.25mm接口，可用来扩展CM4尺寸4G模组）；

● 1路原生USB2.0 OTG口，USB-A形态，支持eMMC版本CM4的烧写（需要配套USBA-A线连接至PC）；

存储：

● 1路PCIe M.2硬盘接口，支持NVMe协议SSD固态硬盘，支持2242和2280两种尺寸；

● 1路TF卡座，用于LITE版本的CM4启动系统用，如果采用eMMC版本CM4则该TF卡槽不可用；

摄像头及显示：

● 2路CSI摄像头接口，0.5mm间距22pin翻盖FPC；

● 1路DSI1显示器接口，0.5mm间距22pin翻盖FPC；

● 1路标准尺寸HDMI接口输出，支持4K；

扩展接口：

● 40pin 2.54mm间距标准扩展接口，完全兼容树莓派4B的40pinGPIO；

尺寸：

● 135mm*110mm；

● 四层板设计；

● 可选配铝合金外壳；

电源：

● 1路宽电压7-28V直流输入，3.81mm 2pin接线端子或者DC5.5接口；

● 1路USB-C接口5V3A，支持PD充电器（注:不可与DC5.5或3.81拧接端子的直流输入同时使用）；

● 1路3.3V风扇供电接口（2P 2.54mm） ；

● 1路5V风扇供电接口（2P 2.54mm）。

三、参考资料

本文档使用的系统如下：

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

OpenWrt系统版本为：openwrt-bcm27xx-bcm2711-rpi-4-squashfs-sysupgrade-linux-6.1.100-20240805.img.gz

有关系统烧写、软硬件设置、测试方法，可以参考下列链接：

CM4_Ultra（CM4核心板的扩展板）

本文档着重介绍树莓派CM4_3xPCIE扩展板的各类外设的测试结果。

四、SSD固态盘测速

我司CM4_3xPCIe扩展板支持2242和2282尺寸的M.2 M Key的NVME SSD固态硬盘。由于树莓派CM4的PCIe接口为Gen2 x1即5Gbps理论速度，而且实测能达到的速度仅为3.4Gbps左右。受限于CM4的PCIe带宽，所以不管是国产的SSD还是SAMSUNG原装的最新款高性能SSD都最高只能跑到400Mbps左右。

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4.1 使用hdparm软件测试SSD硬盘速度

安装hdparm软件后，使用df命令，查看SSD分区名为nvme0n1p1和nvme0n1p2：

运行命令，可多次运行，测试多次硬盘速度：

sudo hdparm -t /dev/nvme0n1p2

可见此测试硬盘的运行速度为358Mbps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。

4.2 使用MobaXterm软件测试SSD硬盘速度

上一节我们测试的分区，挂载文件夹地址为：

/media/mcuzone/rootfs/

我们从MobaXterm软件通过网络登录树莓派OS，进入SSD硬盘的挂载文件夹，在此文件夹下，将PC上的文件拖入SSH浏览器窗口，以及将SSH浏览器窗口内的文件拖到PC上，测试硬盘的读写速度。

写入速度75Mbps左右：

读取速度55Mbps左右：

注意：SSD硬盘读写速度测试受网络环境和硬盘性能影响，速度请以实际为准，本测试仅供参考。

五、5G模组测试

本章我们用来测试的5G模块为RM520N。

因为扩展板自带原生网口，该网口在树莓派OS下的优先级比RM520N高，所以单独使用RM520N时，有可能还是用原生网口的nameserver，关于如何解决这个问题，请参阅下列链接：

利用udhcpc指定DNS服务器

我们需要把系统的nameserver指定为RM520N模块（即usb0）的nameserver。

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5.1 测试连接Internet的速度

我们测试RM520N模块连接Internet的速度，使用的测速网站为中国科学技术大学测速网站。测试结果如下：

下行约为295Mbps，上行约为30Mbps。

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

5.2 ping包测试

5Gping包测试主要用于验证扩展板硬件电路和5G模组链路的稳定性：

5.3 相关视频

视频中我们进行了约14小时的ping包测试，然后通过查看丢包率来判断5G模组的稳定性。测试结果是ping包约14小时共计49710个包，无一丢包。

六、原生千兆/WiFi6 AX210测速（Openwrt系统下）

本章主要用来演示CM4_3xPCIe扩展板运行Openwrt系统，原生千兆和PC直连，或者板载AX210作为Client模式连接到WiFi6路由器，PC通过AX210连接到路由器之后，在PC和扩展板之间使用iperf3测速。

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6.1 原生千兆测速

将扩展板原生千兆网口和PC网口用网线直连，使用iperf3测速结果如下：

扩展板做client时：

速度约为937Mbps。

扩展板做server时：

速度约为948Mbps。

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。

6.2 WiFi6 AX210测速

在Openwrt系统下，将AX210模块连上一个千兆路由器的热点，将PC的网口连接千兆路由器的LAN口，然后在在PC和扩展板之间使用iperf3测速，结果如下：

扩展板做client时：

速度约为322Mbps。

扩展板做server时：

速度约为344Mbps。

注意：AX210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。

6.3 相关视频

WiFi6 AX210测速视频：

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