0008 MPS2.5G（SSD和2.5G以太网）
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关键词
树莓派5、PCIe扩展、2.5G、Raspberry Pi5、NVMe、M.2、SSD、固态硬盘、X1 Gen2
一、简介
树莓派5板载一个16Pin的PCIe接口，我们可以通过该接口外挂各种PCIe设备。本扩展板就是专为树莓派5设计的2.5G网络+NVMe SSD固态硬盘。在树莓派系统下本扩展板即插即用，Ubuntu系统下2.5G网卡需安装驱动使用。
注意：
1. 目前最新的树莓派的固件已支持从PCIe Switch后方的SSD启动，SSD可用于存储扩展和系统启动；
2. 由于PCIe Switch是x1 Gen2，故即便在config.txt里面将模式修改为Gen3也并不能提升接口速度，所以SSD的接口测速会被限制在400MB/s左右，比CM4略快；
二、硬件资源
1. 基于树莓派5的PCIe接口，采用PCIe Switch进行一扩二，扩出一路NVMe SSD和一路2.5G以太网；
2. 基于RTL8125芯片的2.5Gbps以太网（若2.5G网口工作量大，建议给板载芯片加散热片）；
3. 支持2230/2242/2280尺寸的NVMe SSD(默认焊接2280铜柱），不支持SATA和NGFF SSD；SSD可用于扩展存储，也支持从SSD启动系统（需树莓派官方固件起码是2024.5.13更新后）。注意：固件更新后，不能修改设置，不然固件会自动退回至老版本；
4. RTL8125 2.5G网口在树莓派官方OS和Openwrt系统下免驱，Ubuntu系统下需安装驱动；
5. 采用优质电子元器件和沉金工艺，无铅生产；PCB板通过UL和ROHS认证，防火等级94V-0；
6. 四个M2.5固定孔，板子上方内凹设计，方便40Pin GPIO的操作使用；
三、系统烧写及设置
3.1 概述
本文档采用树莓派OS、Ubuntu OS和OpenWrt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 OS的版本为ubuntu-24.04-preinstalled-desktop-arm64+raspi.img.xz，Ubuntu OS下载地址：
https://ubuntu.com/download/raspberry-pi
3）OpenWrt系统版本为：openwrt-bcm27xx-bcm2712-rpi-5-squashfs-sysupgrade-linux-6.1.100-20240805.img.gz
3.2 系统烧写在SD（TF）卡上
3.3 系统烧写在SSD硬盘上
四、树莓派系统下使用演示
4.1 2.5G网络测试
MPS2.5G扩展板上的2.5G网口在树莓派OS下即插即用，系统起来后即可获取IP地址：
也可以在终端中输入ifconfig -a查看网络状态：
安装网络测速工具iperf3：
sudo apt install iperf3
利用iperf3，在树莓派OS与PC之间进行测速。
当树莓派OS作为client时，速度大约为2.25Gbps：
当树莓派OS作为server时，速度大约为1.68Gbps：
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。
4.2 固定2.5G网口的MAC地址
2.5G网口为RTL8125网卡，在使用过程中的MAC地址是不固定的，每次重新上电后MAC地址都会随机改变。下面讲解如何为RTL8125网卡设置固定MAC地址。
本讲解也适用于Ubuntu系统。
首先在树莓派终端中查看RTL8125网卡的识别信息：
ipconfig -a
这里的RTL8125网卡为eth1，实际操作中可能会因为系统识别名称不同而不同。
然后输入：
sudo mousepad /etc/systemd/system/macspoof@eth1.service
或：
sudo nano /etc/systemd/system/macspoof@eth1.service
eth1为上面显示的网卡识别名称。
运行上面的命令后会新建一个文档，输入以下文本：
[Unit]
Description=MAC Address Change %I
Wants=network-pre.target
Before=network-pre.target
BindsTo=sys-subsystem-net-devices-%i.device
After=sys-subsystem-net-devices-%i.device
[Service]
Type=oneshot
ExecStart=/usr/bin/ip link set dev %i address xx:xx:xx:xx:xx:xx
ExecStart=/usr/bin/ip link set dev %i up
[Install]
WantedBy=multi-user.target
其中“xx:xx:xx:xx:xx:xx”为想要指定的MAC地址，可以按MAC地址格式自行确定（不要和其它网络设备重复），设置完成后保存并退出。
随后输入下面的命令使能服务：
sudo systemctl enable macspoof@eth1.service
这样就完成了对eth1的固定MAC地址。
全部操作完毕后重启系统，系统重启完毕后，执行ipconfig -a即可看到MAC地址更改成功：
4.3 SSD硬盘测试
关于对SSD硬盘的基本操作，我们可以参考以下链接：
因为MPS2.5G无法工作在PCIe Gen3模式下，所以我们无需更改PCIe模式，直接使用hdparm软件测试速度即可。
在树莓派终端下运行df，查看SSD分区名为nvme0n1p1：
运行命令，可多次运行，测试多次硬盘速度：
sudo hdparm -t /dev/nvme0n1p1
可见此测试硬盘的运行速度为395Mbps左右。
注意：硬盘运行速度受硬盘质量、硬盘上的文件存储情况等多种因素影响，以上测试结果仅供参考，不作为实际产品的最终参数。
五、Ubuntu系统下使用演示
5.1 2.5G网络测试
Ubuntu系统下需安装2.5G网卡驱动才能使用，本文档以Ubuntu 24.04为例。
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
按提示安装即可：
安装完成后输入：
sudo modprobe r8125
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就可以看到enxxx的网卡接口，这样就安装完毕2.5G网卡驱动：
利用iperf3，在Ubuntu系统与PC之间进行测速。
当Ubuntu系统作为client时，速度大约为2.26Gbps：
当Ubuntu系统作为server时，速度大约为1.70Gbps：
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。
Ubuntu系统下，固定2.5G网口的MAC地址的方法与在树莓派OS下相同，请参阅4.2节。
5.2 SSD硬盘测试
关于对SSD硬盘的基本操作，我们可以参考以下链接，除了SSD用作存储扩展中与树莓派OS下操作略有不同，其余部分基本相同：
因为MPS2.5G无法工作在PCIe Gen3模式下，所以我们无需更改PCIe模式，直接使用hdparm软件测试速度即可。
在Ubuntu终端下运行df，查看SSD分区名为nvme0n1p1和nvme0n1p2：
我们选一个进行测速：
sudo hdparm -t /dev/nvme0n1p1
运行命令，可多次运行，测试多次硬盘速度：
可见此测试硬盘的运行速度为430Mbps左右。
注意：硬盘运行速度受硬盘质量、硬盘上的文件存储情况等多种因素影响，以上测试结果仅供参考，不作为实际产品的最终参数。
六、OpenWrt系统操作演示
6.1 概述
MPS2.5G扩展板在OpenWrt系统下可配置为二进二出的交换机模式，扩展板上的2.5G网口作为WAN口（连接Internet），或者树莓派5上的内置WiFi作为WAN口（连接Internet），树莓派5上的网口配置为LAN口，用于连接PC，或者树莓派5上的内置WiFi作为无线AP，连接手机等设备。
6.2 准备工作
本文档使用的OpenWrt系统为：openwrt-bcm27xx-bcm2712-rpi-5-squashfs-sysupgrade-linux-6.1.100-20240805.img.gz
烧写OpenWrt系统并上电启动后，我们通过树莓派5上的网口连接网线至PC网口，将联通外网的网线连接到扩展板上的2.5G网口，待PC的网卡与树莓派5上的网口连接成功后，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：
6.3 PC通过2.5G网口上网
打开“网络 - 接口”，点击“添加新接口”：
接口名称设置为WAN，接口协议选择DHCP客户端，接口选择eth1后点击“提交”按钮：
在防火墙设置中选择WAN口后点击“保存&应用”按钮：
回到“网络 - 接口”，稍等片刻，就可以看见新建的WAN接口获取了IP地址，这样PC就可以通过MPS2.5G扩展板上网了：
上网测速结果如下：
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。
6.4 树莓派自带WiFI做无线AP（master模式）使用
默认状态下，树莓派5自带的无线模块已经配置成了无线AP，我们在在“网络 - 无线”可以看到这个AP：
点击“修改”，在“接口配置 - 基本设置”中，可以看到该AP的SSID：
我们用手机去搜索这个AP，连接上以后即可上网（手机连接树莓派5原生无线网卡作为的AP，2.5G网口作为WAN口连接上级路由器，原生千兆网口作为LAN口连接PC）：
6.5 树莓派自带WiFi做Client使用
本节主要内容是讲述如何使用树莓派自带WiFi做Client，即树莓派通过WiFi连接至上级路由器。
在“网络 - 无线”中查看无线概况：
点击“扫描”按钮，扫描出附近的无线AP：
选择一个进行连接，防火墙选WAN：
然后按“提交”，提交后在点击“保存&应用”：
成功后再回到“无线概况”，就能看到此时无线已经连接成功：
回到“网络 - 接口”，可以看见新建的WAN接口获取了IP地址，这样PC就可以通过无线模块连接上级路由器上网了：
上网测速结果如下：
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。
6.6 SSD硬盘测试
MPS2.5G扩展板在OpenWrt系统下，默认树莓派上的原生千兆网口为LAN口，我们可以把扩展板上的2.5G网口作为LAN口，而把树莓派5上的原生网口作为WAN口，这样就能利用2.5G网口在内网高速传输文件。
交换LAN口，然后进行SSD硬盘测试，请参照下面的文档：
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