2003 CM4 Tiny HDMIx2（双HDMI扩展板）
关键词
树莓派、CM4核心板、系统烧写、4G、RPiOS、eMMC、双HDMI、双屏异显
一、简介
二、硬件资源
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（即左上方的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。
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。
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，那可以在扩展板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：
六、应用选配
本扩展板有2个版本，区别在于连接4G模组的方法不同：
1. 左边为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. 右边为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。
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