2006 CM4/CM5 UART/CAN

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

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：

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：

然后按照下面红框所示的两处进行修改：

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：

也可以将红框处这一行删除后保存文件：

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：

dtoverlay=uart0

dtoverlay=uart3,txd3_pin=4,rxd3_pin=5

dtoverlay=uart4,txd4_pin=8,rxd4_pin=9

dtoverlay=uart5,txd5_pin=12,rxd5_pin=13

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：

sudo apt install cutecom

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：

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：

sudo cutecom

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：

下图为CM4_UART扩展板：

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：

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：

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：

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：

dtparam=spi=on

dtoverlay=spi1-3cs

dtoverlay=mcp2515,spi1-0,oscillator=8000000,interrupt=25,speed=500000

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）：

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：

在终端中输入dmesg | grep spi，查看 SPI 的信息：

SPI成功识别后，输入以下命令开启CAN：

sudo ip link set can0 up type can bitrate 500000

sudo ifconfig can0 txqueuelen 65536

设置完成后输入ifconfig -a，查看CAN连接，可看到can0：

安装CAN软件：

sudo apt-get install can-utils

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：

sudo ip link set can0 up type can bitrate 500000

然后运行下列命令，将树莓派OS端置于接收状态：

candump can0

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：

接收端：

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）：

cansend can0 000#11223344

运行几次就发送几次。

发送端：

接收端：

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，树莓派系统终端执行ifconfig，显示结果如下：

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：

sudo apt install iperf3

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：

扩展板作为server时，速度大约为94.9Mbps：

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：

扩展板作为server时，速度大约为945Mbps：

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及4G测试

4.5.2 4G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。

4.6 RTC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：

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：

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：

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：

# dtoverlay=uart4,txd4_pin=8,rxd4_pin=9

dtparam=spi=on

dtoverlay=spi1-3cs

dtoverlay=mcp2515,spi1-0,oscillator=8000000,interrupt=25,speed=500000

后续配置与在树莓派OS下一致：

查看SPI 的信息：

sudo dmesg | grep spi

SPI成功识别后，输入以下命令开启CAN：

sudo ip link set can0 up type can bitrate 500000

sudo ifconfig can0 txqueuelen 65536

设置完成后输入ifconfig -a，查看CAN连接，可看到can0：

安装CAN软件：

sudo apt-get install can-utils

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：

sudo ip link set can0 up type can bitrate 500000

然后运行下列命令，将Ubuntu系统端置于接收状态：

candump can0

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：

接收端：

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）：

cansend can0 000#11223344

运行几次就发送几次。

发送端：

接收端：

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：

扩展板作为server时，速度大约为94.8Mbps：

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：

扩展板作为server时，速度大约为938Mbps：

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。

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