2005 CM4 NAS（三路固态硬盘扩展板）
关键词
树莓派、CM4核心板、系统烧写、2.5G、SSD、RPiOS、Ubuntu、OpenMediaVault
一、简介
CM4_NAS扩展板基于CM4核心板设计，通过PCIe接口扩展了三路M.2 NVMe固态硬盘，其中一路支持2210尺寸，一路支持2242和2280尺寸，还有一路支持2242和2280以及2210尺寸。同时我们还通过PCIe扩展了一路2.5G以太网，以提高M.2 NVMe固态盘的读写速度（实际无法跑满2.5G，硬盘读写典型速度150MB/s，但仍远高于千兆以太网的110MB/s）。其它为CM4标准资源，包括CSI0、CSI1、DSI1、原生千兆、标准HDMI、启动用TF卡槽、40Pin扩展接口、3.3V和5V风扇插头，以及3路USB2.0-A和1路1.25mm 4pin接口USB用于内部4G设备连接。可通过USB-C接口用于eMMC烧写。扩展板采用DC5.5接口，支持7-24V电压输入。
扩展板可运行树莓派OS、Ubuntu、以及OpenWrt系统。这三个系统下均可正常使用2.5G网络和NVMe固态盘。另外支持基于树莓派OS Lite的OpenMediaVault用做NAS网络硬盘应用。
二、硬件资源
1. 一路原生千兆网口；
2. 一路由PCIE支持的2.5G以太网接口；
3. 一路支持4K分辨率的标准HDMI口；
4. 三路USB2.0主机口；
5. 一路内置USB2.0；
6. 一路USB-C烧写口；
7. 两路CSI（22PIN，0.5mm，翻盖下接）；
8. 一路DSI（22PIN，0.5mm，翻盖下接）；
9. 三路PCIe M-KEY接口，支持2210尺寸规格的固态硬盘；
10. TF卡座。
40pin引脚定义从左到右依次为：
| 5V | 5V | GND | G14 | G15 | G18 | GND | G23 | G24 | GND | G25 | G08 | G07 | IDSC | GND | G12 | GND | G16 | G20 | G21 |
| 3V3 | G02 | G03 | G04 | GND | G17 | G27 | G22 | 3V3 | G10 | G09 | G11 | GND | IDSD | G05 | G06 | G13 | G19 | G26 | GND |
三、系统烧写及设置
3.1 概述
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. 另外OpenMediaVault需要在32位的树莓派OS Lite下安装，32位的树莓派OS Lite下载地址：
https://www.raspberrypi.com/software/operating-systems/#raspberry-pi-os-legacy
3. Ubuntu系统的版本为ubuntu-24.04-preinstalled-desktop-arm64+raspi.img.xz，下载地址：
https://ubuntu.com/download/raspberry-pi
3.2 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CSI1接口旁边）。
使用USB Type C-A数据线将扩展板上的USB OTG接口（即扩展板的USB-C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，将之前插上的跳线帽拔下来，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946Mbps左右：
4.2 2.5G网口测试
我们将网线插入2.5G网口，系统会自动获取IP，然后我们使用iperf3进行测试：
2.5G以太网测速结果，client模式为1.84Gbps左右：
server模式为946Mbps左右：
4.3 单块硬盘测试
4.3.1 硬盘识别测试
经测试，单块硬盘无论插哪个硬盘插槽都能识别，树莓派系统下需要先做授权才能进一步操作：
4.3.2 硬盘接口速度测试
安装硬盘测速软件hdparm。在树莓派终端下运行：
sudo apt install hdparm
在树莓派终端下运行df，查看SSD分区名为nvme0n1：
运行命令，可多次运行，测试多次硬盘速度：
sudo hdparm -t /dev/nvme0n1
第一个插槽：
第二个插槽：
第三个插槽：
测试结果：该硬盘在三个插槽中的接口速度均为360MB/s左右。
五、Ubuntu系统下使用演示
5.1 安装2.5G以太网驱动
CM4_NAS扩展板上的2.5G网口在Ubuntu系统下不能即插即用，需要安装RTL8125驱动。
使用网线连接CM4_NAS扩展板上的千兆网口。
Ubuntu系统默认不安装ifconfig工具，所以需要手动安装：
sudo apt install net-tools
输入ifconfig -a，可见此时并没有显示2.5G网卡：
接下来我们开始安装RTL8125驱动。
首先需要更新系统：
sudo apt-get update
接着准备编译环境：
sudo apt-get install --reinstall linux-headers-$(uname -r) linux-headers-generic build-essential dkms
然后安装驱动：
sudo apt-get install r8125-dkms
安装完成后输入：
sudo modprobe r8125
输入ifconfig -a就可以看到一个enxxx的网卡接口，这样就安装完毕2.5G网卡驱动：
