0001 MPRG4（基于树莓派5 PCIe设计）

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关键词：

树莓派5  MPRG4  四千兆网口扩展板  Pi OS  Ubuntu  OpenWrt  软路由  交换机

一、简介

MPRG4(或称MPG4)是一款专为树莓派5设计的通过PCIE接口扩展的四千兆网口扩展板。该扩展板通过PCIE接口外挂RTL8111H PCIE网口，然后进一步通过交换机芯片扩展成四路千兆网口。可用于以下几种场景：

1，树莓派系统或Ubuntu系统下，其中一个网口连接上级路由器，剩余3个网口为附近其它需要联网的设备提供网络接入(四个网口位于同一个网段)，可省却一个外挂的交换机和电源。

2，OpenWrt软路由系统下，原生千兆配置为WAN口，扩展的四个网口配置为LAN口，可为四台设备提供网络接入服务。

注意1：四个千兆口位于同一个网段，由上游路由器来分配地址池。如果不接上游路由器则在树莓派系统和Ubuntu系统下将无法获取合法IP地址(会收到169.254.xx.xx的IP地址，表示仅有物理网线连接但无合法IP地址)。

注意2：在树莓派系统和Ubuntu系统下如果开机时没有插网线一段时间后系统将会获取到169.254.xx.xx的IP地址，此时即便插入来自上游路由器的网线后系统也获取不到合法IP，需要按一下扩展板上的交换机复位键才能重新获取到合法IP地址。

二、硬件资源

1，通过16Pin 0.5mm FPC和树莓派5连接；

2，板载RTL8111H芯片，实现PCIE转千兆以太网；

3，板载交换机芯片，将RTL8111H网口扩展为四个，这四个网口具备独立IP，但隶属于同一个网段；

4，一盏电源指示灯；

5，一个交换机复位键(Switch RST)，适用于树莓派系统和Ubuntu系统下开机一段时间后再插入网线获取不到合法IP的情况；

6，可选3D打印底座，可保护桌面不被划伤；

7，可选钣金外壳，美观可靠；

8，可选外延的树莓派5开关机按键(树莓派5自带开关机按键，同时有预留插针孔用于外延开关机按键)；

9，板子尺寸：约86mmx75mm

另可选配4G模块安装在树莓派5上方来搭建4G路由器。

注意：四网口无法接入不同网段的上游路由设备，即无法实现一条电信一条移动一条联通这样的多网聚合应用，也无法实现一个网口接外网一个网口接内网网段的桥接应用。

三、树莓派系统下使用演示

请先连接好FPC线。注意，如果是使用PCIE专用线，上面有标记树莓派5的朝向。

树莓派系统下默认已经集成驱动，可直接使用。

1，请根据需要烧写树莓派系统，支持32位和64位系统，由于PCIE接口已被占用，可从TF启动；

2，系统启动后，执行ifconfig -a，可看到有eth1设备，即为扩展的RTL8111H网卡：

3，PC连接至四网口中的任意一个，树莓派和PC各自运行iperf3进行测速，基本跑满：

Windows版iperf3下载：

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

Linux下iperf3安装：

sudo apt-get install iperf3

四网口之间的iperf3测试也一样可以跑满。

注意1：四个端口的交换机是物理层设备，系统下不可见。

注意2：如果开机前没有插网线连接至上级路由器，一段时间后即便接入网线也会无法联网(IP地址为169.254.xx.xx)，此时需要按一下交换机的复位键(丝印标记为Switch RST).

四、Ubuntu系统下的使用演示

注意，Ubuntu系统下需要安装RTL8111H，而且要注意的是系统版本和驱动版本强相关，如有驱动编译问题可以联系我们获取已配置好驱动的镜像文件。

驱动编译流程如下：

官网下载网卡驱动包：

https://www.realtek.com/Download/List?cate_id=584  找到此驱动将其下载至本地。

]

官网最新驱动不适用于Ubuntu23.10系统，如果安装不了请使用我司当前的驱动版本

http://www.mcuzone.com/wiki/0001_MPRG4/r8168-8.052.01.tar.bz2

加载和验证驱动（Ubuntu23.10下）：

下载完成后使用SSH等工具将压缩包放至Ubuntu系统下，接下来按照以下步骤进行驱动安装：

1.更新系统和头文件：

sudo apt-get update

sudo apt-get upgrade

理论上不需要更新头文件，Ubuntu不同于Pi OS，upgrade的时候头文件也会一并更新。

如果后续报头文件问题，用以下命令检查头文件：

sudo apt-get install linux-headers-$(uname -r)

2.准备编译环境：

sudo apt-get install --reinstall linux-headers-$(uname -r) linux-headers-generic build-essential dkms

3.解压对应的源码到/usr/src：

sudo tar xvf r8168-8.052.01.tar.bz2 -C /usr/src

4.添加一个dkms.conf：

添加一个dkms.conf到/usr/src/r8168-8.052.01/dkms.conf，内容如下：

PACKAGE_NAME=Realtek_r8168

PACKAGE_VERSION=8.052.01

DEST_MODULE_LOCATION=/updates/dkms

BUILT_MODULE_NAME=r8168

BUILT_MODULE_LOCATION=src/

MAKE="'make' -C src/ all"

CLEAN="'make' -C src/ clean"

AUTOINSTALL="yes"

注意：请在本Ubuntu系统下建立此文件，如果在Windows下建立此文件并直接拷入本Ubuntu系统的话会有字符格式问题，从而造成编译无法通过。

5.编译DKMS：

sudo dkms add -m r8168 -v 8.052.01

sudo dkms build -m r8168 -v 8.052.01

sudo dkms install -m r8168 -v 8.052.01

sudo depmod -a

sudo modprobe r8168

如果dkms.conf的字符格式有问题，在执行add时就会编译错误，之后即使改正了dkms.conf，在执行add时仍会报Error! DKMS tree already contains，此时请执行下列语句，之后再重新执行add：

sudo rm -r /var/lib/dkms/8812au

如果在执行build时报binary update-secureboot-policy not found，请执行下列语句，之后再重新执行build：

apt-get install shim-signed

加载和验证驱动（Ubuntu24.04下）：

Ubuntu24.04下可以直接下载驱动源码并编译，步骤如下：

准备编译环境：

sudo apt-get install --reinstall linux-headers-$(uname -r) linux-headers-generic build-essential dkms

下载编译驱动：

sudo apt install r8168-dkms

sudo modprobe r8168

注意：如果按照上面的Ubuntu23.10的步骤执行的话，会在在执行build时报ERROR (dkms apport)，从而无法进行下去。

6.验证安装结果：

运行如下命令即可看到enxxx的有线网接口：

ifconfig -a

使用iperf3测速，基本能跑满千兆。

注意，在Ubuntu系统下RTL8111H网卡被识别成了enxxxx的名称，同样的交换机作为物理层芯片并不会显示在网卡列表里面。

五、OpenWrt系统下MPRG4扩展板操作演示

概述：

MPRG4扩展板在OpenWrt系统下可配置为一进四出的交换机模式，树莓派自带网口配置为WAN口，扩展板四个网口可以供其他设备使用，获得同网段的IP地址。

准备工作：

本文使用的OpenWrt系统为：openwrt-bcm27xx-bcm2712-rpi-5-squashfs-sysupgrade-linux-6.1.92-20240530a.img.gz

烧写OpenWrt系统并上电启动后，我们通过树莓派自带网口连接网线至PC网口，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。

浏览器地址可以在Windows设置中找到网络和Internet，在以太网中打开连接的网络查看IP地址。

在电脑端使用终端软件（如SecureCRT等）连接开发板，可以看到设备识别：

SecureCRT软件可按照以下方式设置：

设置OpenWrt系统：

设备正常识别后，我们打开网络-接口。

随后我们点击添加新接口，设置好名称、接口协议，将WAN口设置为eth0。

点击”提交“后在防火墙设置选中WAN。

设置完后我们点击”保存“，注意不要点击”保存&应用“，否则将进入不了系统。

点击返回至概况后，我们点击LAN口修改。

在物理设置下将接口设置为eth1。

设置完成后我们点击”保存&应用“。注意，因为此时网络设置发生了变化，所以会一直显示”正在应用更改“，这不是故障，我们稍等片刻后就可以进行下一步操作。

网络测试：

将WAN口接入上级路由器，扩展板的四个网口就可以连接其他网络设备获取网络，我们将两个网口连接两台PC简单测试一下网络带宽。

使用iperf3在两台电脑之间互相测试：

可见测试结果正常。

六、Radxa Rock 5C(RK3588S2)搭配四网口扩展板MPRG4操作演示

概述：

Radxa的Rock 5C基于RK3588S2设计，具备一路千兆以太网和四个USB口，并引出了和树莓派5兼容的PCIE接口，我们可以通过该接口来扩展各类原本为树莓派5设计的PCIE扩展板。这次我们演示使用的是四网口扩展板。

演示使用的软硬件平台：

本文采用的系统版本为：debian bullseye kde b3，github下载地址：

https://github.com/radxa-build/rock-5c/releases/

扩展板：MPRG4四网口扩展板

准备工作

1. 连接好Rock 5C和MPRG4。

2. 系统烧写到TF卡后插卡启动，默认账户登录密码是radxa。

2. 进入系统后在菜单下找到konsole进入命令行终端。

3. 执行lspci，确保能看到RTL8111的设备信息。（能看到说明扩展板硬件正常，如果看不到要检查FPC连接可靠性，注意FPC线缆有朝向，有一侧注明了RPi5要连接到Rock 5C。）

4. 将网线连接至原生千兆，执行：

sudo apt-get update

sudo apt-get upgrade

sudo apt-get install net-tools

安装完毕net-tools后才能使用ifconfig工具，当然你也可以使用其它工具来操作网络。

安装驱动

1. 以dkms的方式安装驱动即可。

sudo apt-get install r8168-dkms

sudo modprobe r8168

2. 安装完毕后执行sudo ifconfig -a检查是否有enp开头网卡，即为RTL8111网卡，注意，交换机是物理层设备，ifconfig是看不到的。

3. 通过ping包确认网络是否连通：

至此，网卡驱动已经安装完成并可正常运行。

4. 使用iperf3测速，基本能跑满千兆。