1005 Zero-DETH DUSB（双百兆网络双USB）
关键词
树莓派、 Raspberry Pi Zero、USB2.0-A、双以太网、扩展板、USB HUB 集线器
一、简介
树莓派双网络双USB扩展板是专为树莓派Zero系列所设计的扩展板，支持所有树莓派Zero版本，包括Zero、Zero W、Zero WH和Zero 2W。同时也支持部分具备相同位置测试点的国产派。
该扩展板通过镀金顶针和Zero系列相连，其中两根顶针用于供电，另两根顶针用于USB通讯，需要注意的是Zero上的MicroUSB接口不能再接其它USB设备，也不能接USB线缆，不然扩展板的USB将无法使用。可通过树莓派Zero标记了PWR的MicroUSB供电，也可以通过扩展板上的USB-C供电。扩展板板载一扩四USB Hub，两路用来扩展USB转百兆网卡，两路以USB2.0-A主机口形态引出。新版本的在其中一路USB2.0-A后方还预留了1.25mm 4Pin接插件，可通过该接口扩展4G网卡等设备。
二、硬件资源
1. 通过镀金顶针和Zero系列连接，供电和通讯；
2. 可通过USB-C供电或者Zero上的PWR MicroUSB供电，二选一使用，树莓派Zero无需额外供电；
3. 板载四口USB Hub，两路用来扩展百兆网络，两路用来扩展USB2.0-A主机口；
4. 新版本扩展板在其中一路USB2.0-A后方预留1.25mm 4pin接口，共用一组USB信号，二选一使用；
5. 可选配铝合金外壳。
三、系统及烧写
3.1 本文档使用基于树莓派Zero 2W的硬件，
1）树莓派OS，Raspberry Pi OS with desktop，镜像为2024-07-04-raspios-bookworm-arm64.img.xz。
(若使用树莓派Zero一代系列的板子，只支持32位系统，请注意下载版本。)
树莓派OS下载地址：
https://www.raspberrypi.com/software/operating-systems/#raspberry-pi-os-64-bit
2）Ubuntu系统，Ubuntu Server 24.04 LTS，服务器版（树莓派Zero 2W因为性能关系不能用Desktop版），镜像为ubuntu-24.04-preinstalled-server-arm64+raspi.img.xz
Ubuntu系统下载地址：
https://ubuntu.com/download/raspberry-pi
3）OpenWrt系统，版本为：openwrt-bcm27xx-bcm2709-rpi-2-squashfs-sysupgrade-linux-6.1.98-20240723.img.gz
3.2 系统烧写在SD（TF）卡上，点击直达烧写方法说明。
四、树莓派系统下使用演示
4.1 查看硬件设备
4.1.1 查看USB设备
打开树莓派OS的终端，输入命令lsusb，如下图所示：
可以看到系统识别到了USB HUB和两个百兆网卡。其中：
Device 002：外挂USB Hub；
Device 003：USB转百兆网卡；
Device 004：USB转百兆网卡；
Device 005：USB2.0-A接口；
Device 006：USB2.0-A接口。
如果系统卡在树莓派logo处无法启动：
或者启动后键盘鼠标及4G模组都无法使用，请仔细观察顶针是否对准了镀金触点，并请在PC端打开TF卡系统分区根目录下的config.txt检查USB的初始化脚本：
需要确认下图中的三处红框的位置是否都配置成完全，如果没有，请手动添加完整并保存文件：
# otg_mode=1（建议按此注释掉）
dtoverlay=dwc2,dr_mode=host（两处必须确保加上）
4.1.2 查看网络设备
打开树莓派OS的终端，输入命令ifconfig -a，如下图所示：
可以eth0和eth1为USB转百兆网卡，如下图所示，而wlan0为Zero 2W自带的无线网卡。
4.2 测试网络设备
4.2.1 设置网卡优先级与指定DNS服务器
关于该部分的知识，可参阅以下链接：
建议通过udhcpc软件，而不是编辑resolv.conf文件来指定DNS服务器，这样会比较稳定。
4.2.2 iperf3测速
Windows版iperf3下载：
http://www.mcuzone.com/down/Software.asp?ID=10000634
Linux下iperf3安装：
sudo apt-get install iperf3
百兆以太网测速结果：
eth0：client模式93Mbps左右，server模式94Mbps左右：
eth1：client模式93Mbps左右，server模式94Mbps左右：
4.3 测试外接4G模组
将外接4G模组与扩展板相连，本文档使用4G Cat1模块进行测试。可以使用USB Type C-A线连接，也可以通过1.25mm 4Pin线进行连接。
4.3.1 模块连接
在树莓派终端中执行ifconfig -a，我们可以看到4G模块（eth2）已经正确获得了IP地址：
如果此时看不到4G模块（eth2），请检查连线是否正确，以及使用4.3.4节中提到的lsusb命令查看模块是否被系统识别。
Statu LED灯状态如下：
闪烁状态为1.8秒亮0.2秒灭（也可以通过亮的时间比灭的时间长来判断）表示4G模组已经联网。
闪烁状态是1.8秒灭0.2秒亮，说明SIM卡或者网络有问题，请检查SIM卡和天线。
4.3.2 联网测试
4G模组正确获得ip地址后，且正确指定DNS地址后，我们可以ping外网地址，如：
ping www.mcuzone.com
能ping通则说明联网成功。
4.3.3 打开串口
系统上电启动后，在树莓派终端中执行命令：
ls /dev
此时应该能看到dev设备下有ttyACM0-2三个设备：
4.3.4 执行AT命令
下载minicom工具：
sudo apt-get install minicom
通过minicom打开AT命令串口：
sudo minicom -D /dev/ttyACM0
注意，使用哪个串口，应以在进入此串口后，可输入运行AT命令，显示不乱码，不乱跳结果为准。
下面以minicom为例，如果需要查看回显，请键入命令：ate1，然后回车，继续键入其它命令，回车可以看到结果。
用AT+CPIN？来检查SIM是否正常插入并识别；
用AT+CSQ来检查信号强度，第一个值是0-31，需要25以上才算信号质量良好；
用AT+COPS?来检查注网情况，双引号内是运营商代码，最后一个数字是网络模式，7代表4G。
五、Ubuntu系统下使用演示
5.1 编辑初始化脚本
Ubuntu Server烧写完毕后，请在PC端打开TF卡系统分区根目录下的config.txt检查USB的初始化脚本，Ubuntu Server对USB初始化了两遍，前面一遍没有配置成host模式，需要确认下图中的两处红框的位置是否都配置成完全，如果没有，请手动添加完整：
dtoverlay=dwc2,dr_mode=host
5.2 配置用户名和密码
将TF卡插入Zero 2W，启动系统。第一次启动后会要求登录，用户名和密码均为ubuntu，登录成功后会要求修改密码。
修改完毕后就自动进入系统。
5.3 配置网络
系统启动后并无网络可用，需要进行后续设置后才能使用。
注意，系统默认并没有集成ifconfig工具，只有ip命令可用。
执行ip addr查看并记录下网卡名称：
其中2号、3号网卡（enx00e099d51fa4、enx00e099d6eb5e）为USB转百兆网卡。
然后运行下面的命令，打开网卡配置文件：
sudo nano /etc/netplan/50-cloud-init.yaml
按照下图编辑网卡配置文件：
保存退出，然后重启。
重启后即可联网，安装net-tools工具以便于使用：
sudo apt install net-tools
5.4 设置网卡优先级与指定DNS服务器
执行命令ifconfig -a，查看两块网卡信息，均能获取IP地址：
关于该部分的知识，可参阅以下链接：
建议通过udhcpc软件，而不是编辑resolv.conf文件来指定DNS服务器，这样会比较稳定。
5.5 网络测试
网卡正确获得ip地址后，且正确指定DNS地址后，我们可以ping外网地址，如：
ping www.mcuzone.com
能ping通则说明联网成功。
Windows版iperf3下载：
http://www.mcuzone.com/down/Software.asp?ID=10000634
Linux下iperf3安装：
sudo apt-get install iperf3
百兆以太网测速结果：
2号网卡：client模式93Mbps左右，server模式94Mbps左右：
3号网卡：client模式93Mbps左右，server模式94Mbps左右：
5.6 测试外接4G模组
将外接4G模组与扩展板相连，本文档使用4G Cat1模块进行测试。可以使用USB Type C-A线连接，也可以通过1.25mm 4Pin线进行连接。
5.6.1 模块配置
执行ifconfig -a，与之前的两个有线网卡比较，我们可以看到4G模块为enx2089846a96ab：
运行下面的命令，打开网卡配置文件：
sudo nano /etc/netplan/50-cloud-init.yaml
按照下图编辑网卡配置文件：
保存退出，然后重启。
执行命令ifconfig -a，查看外接4G模组信息，能获取IP地址：
关于该部分的知识，可参阅以下链接：
建议通过udhcpc软件，而不是编辑resolv.conf文件来指定DNS服务器，这样会比较稳定。
5.6.2 网络测试
4G模组正确获得ip地址后，且正确指定DNS地址后，我们可以ping外网地址，如：
ping www.mcuzone.com
能ping通则说明联网成功。
5.6.3 测试AT命令
执行命令：
ls /dev
此时应该能看到dev设备下有ttyACM0-2三个设备：
下载安装minicom工具：
sudo apt-get install minicom
通过minicom打开AT命令串口：
sudo minicom -D /dev/ttyACM0
注意，使用哪个串口，应以在进入此串口后，可输入运行AT命令，显示不乱码，不乱跳结果为准。
下面以minicom为例，如果需要查看回显，请键入命令：ate1，然后回车，继续键入其它命令，回车可以看到结果。
用AT+CPIN？来检查SIM是否正常插入并识别；
用AT+CSQ来检查信号强度，第一个值是0-31，需要25以上才算信号质量良好；
用AT+COPS?来检查注网情况，双引号内是运营商代码，最后一个数字是网络模式，7代表4G。
常用AT命令：
1. 检查SIM卡是否识别到：
at+cpin?
返回ready表示卡已识别，返回error要检查硬件
2. 检查天线信号质量：
at+csq
返回值在26-31表示信号OK，信号满格31；返回值在20-25表示信号勉勉强强；返回值在20以下表示信号比较糟糕或者天线没接
3. 检查注网情况：
at+cops?
正常应该返回运营商代码和7，7代表4G。
注意，以上命令只有at+csq不要加问号，另外两条命令需要加问号。
4. 查看4G模块的IMEI码：
at+cgsn
5. 重启4G模块（有时候如果重插SIM卡，热插拔不一定管用，可以用这个reset命令来复位模块）：
at+reset
6. 关闭射频：
at+cfun=0
开启射频：
at+cfun=1
上述两条命令成对使用，可以在不重启4G模组的情况下让模组重新注网。
六、OpenWrt系统操作演示
6.1 概述
此扩展板搭配树莓派Zero 2W，在OpenWrt系统下可配置为一进一出的交换机模式，扩展板上的两个百兆网口一个作为WAN口（连接上游路由器），另一个配置为LAN口，用于连接PC。
6.2 准备工作
本文使用的OpenWrt系统为：openwrt-bcm27xx-bcm2709-rpi-2-squashfs-sysupgrade-linux-6.1.98-20240723.img.gz
烧写OpenWrt系统并上电启动后，我们通过扩展板上的百兆网口（两个网口中，靠近不带1.25mm 4pin接口的USB口的网口）连接网线至PC网口，待PC的网卡与树莓派的网口连接成功后，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 设置OpenWrt系统
点击”网络 - 接口“，如下图所示：
其中WAN6和WAN相同，将WAN6删除，然后点击”保存&应用“，如下所示：
这样eth0为LAN口（即双网口中连接网线至PC网口的那个），另一个eth1为WAN口，用网线将其连接至上游路由器，这样PC就可以通过本扩展板上网。
6.4 联网测试
点击”网络 - 接口“，我们可以看到WAN口已经正确获得了IP：
进入“系统 - TTYD终端”，使用默认的用户名和密码登录终端，执行ifconfig -a：
也可以看到eth1的网络参数。
在终端中ping外网地址：
ping www.mcuzone.com
能ping通说明网络正常。
在PC端打开https://www.speedtest.cn/进行测速，测试结果如下：
注意：4G网络测速受网络信号和测试方法影响，速度请以实际为准。
6.5 测试外接4G模组
将外接4G模组与扩展板相连，本文档使用4G Cat1模块进行测试。可以使用USB Type C-A线连接，也可以通过1.25mm 4Pin线进行连接。
启动系统，点击”网络 - 接口“，点击”添加新接口“
按下图进行设置，设置完毕后点击”提交“：
新增的eth2即为4G模块。
在”防火墙设置“中，把防火墙区域设置为wan，设置完毕后点击”保存&应用“：
保存&应用后会自动回到接口页面，稍等片刻，我们就可以看到这个4GWAN已经正确地获得了IP：
在原WAN口不插网线的情况下，进入TTYD终端ping外网地址：
ping www.mcuzone.com
能ping通说明网络走的是4G流量。
在PC端打开https://www.speedtest.cn/进行测速，测试结果如下：
注意：4G网络测速受网络信号和测试方法影响，速度请以实际为准。
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