1008 RPi0 to 4B(CAT4 RS485)：修订间差异

2024年11月20日 (三) 11:51的版本

关键词

树莓派、 Raspberry Pi Zero、Cat4 4G 、4B、USB2.0-A、以太网、扩展板、USB HUB 集线器、RS485、串口、顶针连接

一、简介

树莓派Zero 2W作为第一代Zero的垂直替换产品，不仅保持了接口类型和接口位置不变，而且大幅升级了CPU，使得总体性能有了2-10倍的提升。而目前3B/3B+/4B缺货比较严重，价格也比较高，所以我们设计了这款Zero 2W转4B形态的扩展板，目的是为了提供4B缺货的替代方案（当然性能和4B还是差很多，另有3B形态的扩展板可选），同时也是作为Zero 2 W的功能扩展。

Zero 2W转4B形态扩展板具备四路USB2.0主机接口，一路USB2.0转干兆以太网（可以跑到300Mbps)。同时还扩展了4G LTE Cat4模组和带隔离的RS485。整个系统采用USB-C供电，扩展板通过镀金顶针和Zero 2连接，提供电源供应和USB2.0扩展，不占用Zero 2W的40pin扩展接口。

带隔离模块的RS485速度可达737Kbps。

二、硬件资源

1. 顶针通讯与供电：

pogopin顶针连接，供电和通讯，简洁可靠；不占用树莓派的GPIO引脚；

板载USB Type-C供电接口，可通过此Type-C供电，树莓派Zero无需再供电；

2. CAT4 4G：

4G LTE免驱

3. 千兆以太网

高速以太网实测可达300Mbps；

4. RS485：

采用USB转串口再加外挂带隔离的RS485模块的方案；

自动流控型高速RS485隔离模块，2500V隔离耐压保护；

波特率稳定可靠支持500Kbps，实测高达737000bps传输速率，128个节点；

可作为从机介入RS485总线，也可作为主机，接收处理各从机信息。

三、树莓派系统下使用演示

本文档使用基于树莓派Zero 2W的硬件，

树莓派OS（Raspberry Pi OS with desktop），镜像为2024-07-04-raspios-bookworm-arm64.img.xz。

(若使用树莓派Zero一代系列的板子，只支持32位系统，请注意下载版本。)

树莓派OS下载地址：

https://www.raspberrypi.com/software/operating-systems/#raspberry-pi-os-64-bit

3.1 查看硬件设备

3.1.1 查看USB设备

打开树莓派OS的终端，输入命令lsusb，如下图所示：

可以看到系统识别到了USB HUB和4G模组等外设。其中：

Device 002：外挂USB Hub；

Device 003：USB转RS485；

Device 004：外挂USB Hub；

Device 005：USB转千兆网卡；

Device 006：USB2.0-A接口；

Device 007：USB2.0-A接口；

Device 008：4G模组；

Device 009：USB2.0-A接口；

Device 011：USB2.0-A接口。

如果系统卡在树莓派logo处无法启动：

或者启动后键盘鼠标及4G模组都无法使用，请仔细观察顶针是否对准了镀金触点，并请在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：

需要确认下图中的三处红框的位置是否都配置成完全，如果没有，请手动添加完整并保存文件：

# otg_mode=1（建议按此注释掉）

dtoverlay=dwc2,dr_mode=host（两处必须确保加上）

3.1.2 查看网络设备

打开树莓派OS的终端，输入命令ifconfig -a，如下图所示：

可以看到eth0为USB转千兆以太网，eth1为Cat4 4G，wlan0为Zero 2W的无线网卡。

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：

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。

3.2 测试网络设备

3.2.1 ping包测试

测试的时候有优先级，优先级可以通过可以执行route命令来查看，哪个网卡的metric值小就从优先从哪个网卡通讯，如有内外网特殊优先级需要请调整各网络的metric值以及DNS服务器设置。

可以用-I参数指定从哪个网卡开始ping包，如下所示：

ping www.mcuzone.com -I eth0

ping www.mcuzone.com -I eth1

ping www.mcuzone.com -I wlan0

我们也可以通过关闭某个网卡，达到强制指定通过另一个网络进行通讯，如需关闭eth0，可执行下面的命令：

sudo ifconfig eth0 down

以及通过执行下面的命令来开启eth0：

sudo ifconfig eth0 up

3.2.2 设置网卡优先级与指定DNS服务器

关于该部分的知识，可参阅以下链接：

1. 设置网卡优先级

2. 利用udhcpc指定DNS服务器

3. udhcpc应用场景举例

建议通过udhcpc软件，而不是编辑resolv.conf文件来指定DNS服务器，这样会比较稳定。

3.2.3 iperf3测速

Windows版iperf3下载：

http://www.mcuzone.com/down/Software.asp?ID=10000634

Linux下iperf3安装：

sudo apt-get install iperf3

千兆以太网测速结果，client模式75Mbps左右，server模式94Mbps左右：

@@ 第52行： / 第52行： @@
 http://www.mcuzone.com/wiki/1008_RPi0_to_4B/1008_RPi0_to_4B_01.jpg
-可以看到系统识别到了USB HUB和4G模组。其中：
+可以看到系统识别到了USB HUB和4G模组等外设。其中：
 Device 002：外挂USB Hub；
-Device 003：4G模组；
+Device 003：USB转RS485；
-Device 004：USB转百兆网卡；
+Device 004：外挂USB Hub；
-Device 005：USB2.0-A接口；
+Device 005：USB转千兆网卡；
-Device 008：USB2.0-A接口。
+Device 006：USB2.0-A接口；
+Device 007：USB2.0-A接口；
+Device 008：4G模组；
+Device 009：USB2.0-A接口；
+Device 011：USB2.0-A接口。
 如果系统卡在树莓派logo处无法启动：
@@ 第82行： / 第90行： @@
 ==== 3.1.2 查看网络设备 ====
 打开树莓派OS的终端，输入命令<code>ifconfig -a</code>，如下图所示：
+http://www.mcuzone.com/wiki/1008_RPi0_to_4B/1008_RPi0_to_4B_02.jpg
+可以看到eth0为USB转千兆以太网，eth1为Cat4 4G，wlan0为Zero 2W的无线网卡。
+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/1008_RPi0_to_4B/1008_RPi0_to_4B_03.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。
+=== 3.2 测试网络设备 ===
+==== 3.2.1 ping包测试 ====
+测试的时候有优先级，优先级可以通过可以执行<code>route</code>命令来查看，哪个网卡的metric值小就从优先从哪个网卡通讯，如有内外网特殊优先级需要请调整各网络的metric值以及DNS服务器设置。
+http://www.mcuzone.com/wiki/1008_RPi0_to_4B/1008_RPi0_to_4B_04.jpg
+可以用-I参数指定从哪个网卡开始ping包，如下所示：
+<code>ping www.mcuzone.com -I eth0</code>
+<code>ping www.mcuzone.com -I eth1</code>
+<code>ping www.mcuzone.com -I wlan0</code>
+http://www.mcuzone.com/wiki/1008_RPi0_to_4B/1008_RPi0_to_4B_05.jpg
+我们也可以通过关闭某个网卡，达到强制指定通过另一个网络进行通讯，如需关闭eth0，可执行下面的命令：
+<code>sudo ifconfig eth0 down</code>
+以及通过执行下面的命令来开启eth0：
+<code>sudo ifconfig eth0 up</code>
+==== 3.2.2 设置网卡优先级与指定DNS服务器 ====
+关于该部分的知识，可参阅以下链接：
+[[1001 RPi0 4G Cat1-ETH（百兆网络 4G Cat1 USB2.0-A 485版本可选）#4.2.2 网卡优先级的设置|1. 设置网卡优先级]]
+[[1001 RPi0 4G Cat1-ETH（百兆网络 4G Cat1 USB2.0-A 485版本可选）#4.2.3 利用udhcpc指定DNS服务器|2. 利用udhcpc指定DNS服务器]]
+[[1001 RPi0 4G Cat1-ETH（百兆网络 4G Cat1 USB2.0-A 485版本可选）#4.2.4 udhcpc应用场景举例|3. udhcpc应用场景举例]]
+建议通过udhcpc软件，而不是编辑resolv.conf文件来指定DNS服务器，这样会比较稳定。
+==== 3.2.3 iperf3测速 ====
+Windows版iperf3下载：
+http://www.mcuzone.com/down/Software.asp?ID=10000634
+Linux下iperf3安装：
+<code>sudo apt-get install iperf3</code>
+千兆以太网测速结果，client模式75Mbps左右，server模式94Mbps左右：