2003 CM4 Tiny HDMIx2(Dual HDMI Expansion Board)

Keywords

Raspberry Pi, CM4 Core board, System Flashing, 4G, RPiOS, eMMC, Dual HDMI, Dual-screen different display

Ⅰ、Introduction

The CM4_Tiny dual HDMI expansion board is designed based on the Raspberry Pi CM4 core board and is a expansion board for applications such as media players, dual-screen different displays, image and video capture, human-computer interaction, remote control, and more.

The CM4_Tiny dual HDMI expansion board has two full-sized HDMI ports, which can be used to output different content to two display devices, and it supports 4K output. It also has native Gigabit Ethernet and a native USB host port, and it includes a reserved 22-pin 0.5mm CAM interface, which can be used to connect various cameras for image and video capture and processing. In addition, there is a 2.54mm pitch 2x6 GPIO header, it is containing I²C, UART, and SPI signals, which can be used for conventional peripheral expansion.

The CM4_Tiny dual HDMI expansion board is powered by a USB-C port at 5V3A.

Ⅱ、Hardware Resources

1. 一路原生千兆以太网接口，采用一体式变压器，电磁性能更好；

2. 两路标准HDMI接口，支持4K输出；

3. 一路原生USB OTG A接口(可选配A对A的线,即可通过该主机口烧写eMMC版本核心板)；

4. 一路摄像头CSI接口，22pin 0.5mm间距,可选配1mm 15p转0.5mm 22pin的软排线；

5. 引出12Pin GPIO ，内含I2C, UART, SPI信号，2.54mm；

6. 一路USB-C供电接口，5V3A，支持PD充电头；

三、系统烧写及设置

3.1 概述

本文档采用树莓派OS和OpenWrt系统进行测试。

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

3.2 从TF卡启动

如果核心板没有eMMC，则系统将从TF卡启动。

3.2.1 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 4；

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”，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。

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，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系统或者OpenWrt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镜像即可。

3.2.2 使用balenaEtcher烧写

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

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。

3.2.3 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。

3.3. 从eMMC启动

如果核心板具有板载eMMC，则系统将会忽略TF卡，而从eMMC启动。

要烧写系统到eMMC，首先需要在PC上安装驱动包，下载地址：

http://www.mcuzone.com/down/Software.asp?ID=10000623

然后使用跳线帽短接扩展板BOOT脚和GND脚（在两个HDMI接口之间）：

使用USB Type A-A数据线将扩展板上的USB OTG接口（即扩展板的USB-A口）连接至电脑：

连接上电脑之后，打开计算机的设备管理器，查看是否有新的USB设备出现。在下图中的是名称为“BCM2711 Boot”的USB设备：

PC的开始菜单的所有程序下，Raspberry Pi下面有个rpiboot：

打开这个软件，计算机会将emmc或者TF卡格式化并分区：

稍等片刻，在资源管理器中会出现一个分区（本例中的分区名为bootfs，具体名称视实际情况而不同）：

接下来我们就可以使用balenaEtcher软件对这个分区进行烧写了。

打开balenaEtcher软件，第一项点击“从文件烧录”，选择你要烧录到eMMC的文件，第二项选择上面的那个bootfs分区，然后点击“现在烧录”，就开始烧录文件了：

等烧写完成后，我们还要将之前插上的跳线帽拔下来，否则无法正常启动核心板，然后重新给系统上电，待系统启动即可。

四、树莓派OS下的硬件测试

4.1 原生千兆网口测试

我们将网线插入原生千兆网口，系统会自动获取IP，打开终端，安装测速软件iperf3：

sudo apt-get install iperf3

然后我们使用iperf3进行测试：

原生千兆以太网测速结果，client模式为942Mbps左右

server模式为949Mbps左右：

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。

4.2 CSI测试

首先将摄像头连接到CAM1接口（在扩展板下方，本文档使用OV5647摄像头）：

连接好后，给板子上电。等待系统运行后打开终端，运行下列命令：

sudo nano /boot/firmware/config.txt

在文件末尾加入下列语句：

dtoverlay=ov5647,cam0

dtoverlay=ov5647,cam1

在实际使用中根据自己的型号进行添加，保存后重启系统，即可使用OV5647摄像头。

重启后在终端中输入：

ls /dev

即可看到video0设备。

在终端中输入libcamera-hello --camera 0即可打开对应的摄像头浏览：

如果需要拍照，则输入：

libcamera-jpeg -o test.jpg

照片保存在/home/mcuzone目录下（即用户主目录），照片效果如下：

4.3 双HDMI测试

将扩展板上的两个HDMI口各插一个显示器，可实现一主一副双屏扩展显示，先插入的显示器为主屏。

点击左上角的树莓派标志，Preferences下有个Screen Configuration：

打开软件后，可以在里面调节双屏的相对位置、分辨率、转向、刷新率等参数：

4.4 扩展4G模组测试

本扩展板有2个版本，连接4G模组的方法如下：

1. 如果你是A版本扩展板，用一根USB Type C-A线，将4G模组接到扩展板的USB Type A口；

2. 如果你是B版本扩展板，4G模组的1.25 4pin接口接到扩展板内置的1.25 4pin USB口，同时可以装进外壳。

下图左为A版本，右为B版本：

无论用哪种方法，都会占用扩展板的USB Type A口，因此此时无法使用键盘鼠标，需要用SSH软件通过网口去操作系统。

如果有必须使用键盘鼠标的需求，可以在扩展板A版本上接一个USB HUB，然后把4G模组和键鼠都接在USB HUB上。但是因为4G模组的能耗较大，因此建议使用带外接电源的USB HUB。

本文档使用的4G模组型号为CM4 4G mini（国产CAT4）。

正确连接扩展板和4G模组后，启动系统，在SSH软件中执行命令lsusb，如下图所示：

本模块的id为1286 4e3d。

在SSH软件中执行ifconfig -a，我们可以看到4G模块（eth1）已经正确获得了IP地址：

4G模组正确获得ip地址后，我们可以ping外网地址，如：

ping www.mcuzone.com

表示此时已经可以正常上网。

五、OpenWrt系统下的硬件测试

此扩展板搭配树莓派CM4核心板，在OpenWrt系统下可配置为一进一出的交换机模式：

方式一：扩展板上扩展4G模组可作为WAN口（直接4G上网），网口配置为LAN口，用于连接PC（4G进，有线网口出）。

方式二：CM4核心板自带的WiFi配置为WAN口（需要是带WiFi版本的CM4核心板），扩展板上网口配置为LAN口（WiFi进,网口出）。

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

5.1 准备工作

烧写OpenWrt系统并上电启动后，我们通过扩展板自带网口连接网线至PC网口，待PC的网卡与扩展板的网口连接成功后，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 原生千兆网口测试

我们将扩展板自带网口连接网线至PC网口，现在扩展板的地址为192.168.198.1，PC的地址为192.168.198.227，在扩展板和PC之间使用使用iperf3进行测试：

原生千兆以太网测速结果，client模式为939Mbps左右

server模式为949Mbps左右：

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。

5.3 4G进/千兆网口出上网测试

将4G模组使用USB Type C-A线或者1.25 4pin线与扩展板相连。

进入OpenWrt系统后，如前所述，用网线把扩展板的网口和PC的网口直连，然后进入”网络 - 接口“，点击”添加新接口“：

新接口的设置如下图，其中”eth1“即为4G模块：

然后点击”提交“。

在”防火墙设置“中，区域选择”wan“，然后点击”保存&应用“：

稍等片刻，我们在”网络 - 接口“中就能看到WAN口已经通过4G模块获得了IP：

此时我们在TTYD终端中，执行ifconfig -a，就能看到usb0的参数，ping公网地址也能成功，说明此时可以通过4G模块上网：

同时我们可以在与扩展板相连的PC的网卡连接中，看到以太网的连接状态是Internet，表示此时PC也可以通过这个4G模组上网：

5.4 WiFi进/千兆网口出上网测试

本测试需要使用带Wifi模块的树莓派CM4核心板。

进入OpenWrt系统后，如前所述，用网线把扩展板的网口和PC的网口直连，进入”网络 - 无线“，点击”扫描“：

加入一个无线网络：

然后点击”提交“，在下一个页面点击”保存&应用“：

稍等片刻，我们就能在”网络 - 无线“中看到这个无线网卡已经连接网络成功：

然后进入”网络 - 接口“，我们可以看到这个WWAN口已经获得了IP地址：

此时我们在TTYD终端中，执行ifconfig -a，就能看到wlan0的参数，ping公网地址也能成功，说明此时可以通过无线网卡上网：

同时我们可以在与扩展板相连的PC的网卡连接中，看到以太网的连接状态是Internet，表示此时PC也可以通过这个无线网卡上网：

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