2006 CM4 UART CAN
关键词
树莓派、CM4核心板、千兆以太网、百兆以太网、RS232、RS485、CAN、RPiOS、Ubuntu
一、简介
CM4_UART/CAN扩展板
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. Ubuntu系统的版本为ubuntu-24.04-preinstalled-desktop-arm64+raspi.img.xz，Ubuntu OS下载地址：
https://ubuntu.com/download/raspberry-pi
3.2 TF卡的烧写
树莓派CM4核心板分2个大类，一类是不带eMMC版本，仅限从TF卡启动系统；一类是带eMMC版本，仅限从eMMC启动系统，那对应扩展板上的TF卡将无效。
从TF卡启动系统的详细烧录方法请点击这里。
3.3 eMMC的烧写
eMMC烧写系统的详细烧录方法请点击这里。
注意，CM4_UART/CAN扩展板上烧写的OTG口为USB Type-C口。
3.4 注意事项
1. 如果使用树莓派系统，系统启动后卡死或者键盘鼠标无法使用，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，如果是烧写在eMMC上，则请在烧写完毕后，再次使用一次rpiboot工具使系统分区显示出来，然后打开系统分区根目录下的config.txt检查USB的初始化脚本：
然后按照下面红框所示的两处进行修改：
2. 如果使用Ubuntu系统，系统启动后键盘鼠标无法使用，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，如果是烧写在eMMC上，则请在烧写完毕后，再次使用一次rpiboot工具使系统分区显示出来，然后打开系统分区根目录下的config.txt检查USB的初始化脚本。
需要确认下图中的红框处是否配置完全，如果没有，请手动添加完整并保存文件：
也可以将红框处这一行删除后保存文件：
3. Ubuntu系统的desktop版本对硬件要求较高，如果核心板只有1G内存，有可能在运行时速度很慢甚至死机，建议使用内存为2G或以上的核心板进行安装使用。
四、树莓派OS下的使用演示
4.1 准备工作
我们首先需要在config.txt中加入各个接口与GPIO的对应关系：
dtoverlay=uart0
dtoverlay=uart3,txd3_pin=4,rxd3_pin=5
dtoverlay=uart4,txd4_pin=8,rxd4_pin=9
dtoverlay=uart5,txd5_pin=12,rxd5_pin=13
保存后退出，然后将TF卡插入扩展板，启动系统。
树莓派端建议安装可视化串口软件CuteCom：
sudo apt install cutecom
安装完毕后，点击桌面左上角的树莓派图标，在“System Tools”有CuteCom的快捷方式：
如果在使用过程中有权限不足的问题，请打开树莓派OS终端，输入：
sudo cutecom
来运行CuteCom。
经测试，CM4_UART_CAN扩展板上各个接口与串口号的对应关系如下：
RS485对应ttyAMA5
RS232（三针）对应ttyAMA4
CM4_UART扩展板是九针RS232串口版本。
RS232（九针）对应ttyAMA4，如下图：
4.2 测试RS485串口
在PC端插上一个USB转RS485串口的转换器，与扩展板上的RS485串口相连，各自打开串口软件进行收发，结果如下：
树莓派OS端：
Windows端：
经过实测，波特率最高可达到2.01M（以传输数据不发生乱码为准）。
4.3 测试RS232串口（三针）
在PC端插上一个USB转RS232串口的转换器，与扩展板上的RS232串口（三针）相连，各自打开串口软件进行收发，结果如下：
树莓派OS端：
Windows端：
经过实测，波特率最高可达到0.86M（以传输数据不发生乱码为准）。
4.4 测试RS232串口（九针）
在PC端插上一个USB转RS232串口的转换器，与扩展板上的RS232串口（三针）相连，各自打开串口软件进行收发，结果如下：
树莓派OS端：
Windows端：
经过实测，波特率最高可达到0.28M（以传输数据不发生乱码为准）。
4.5 测试CAN接口
我们首先需要在config.txt中加入CAN接口的配置：
dtparam=spi=on
dtoverlay=mcp2515-can0,oscillator=8000000,interrupt=25
本扩展板的CAN是接在SPI上的，所以要确保打开SPI。其中oscillator为CAN的晶振的频率，interrupt为MP2515的中断号，都要和硬件相对应，此外，CAN的GPIO不能和之前的串口有冲突，如果有冲突，请在本文件中先屏蔽冲突的串口GPIO（如下图蓝框处，屏蔽了UART4）：
保存后退出，然后将TF卡插入扩展板，启动系统。
等待系统重启完毕后，在图形界面中，依次选择如下图项目后，确保SPI已开启：
在终端中输入dmesg | grep spi，查看 SPI 的信息：
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4.6 测试百兆网口
将连接上游路由器的的网线插入CM4_UART/CAN扩展板的百兆网口，网络连接成功后，安装网络测速工具iperf3：
sudo apt install iperf3
利用iperf3与PC端进行测速，结果如下：
CM4_UART/CAN扩展板作为client时，速度大约为94.5Mbps：
CM4_UART/CAN扩展板作为server时，速度大约为94.9Mbps：
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。
4.7 测试千兆网口
将连接上游路由器的的网线插入CM4_UART/CAN扩展板的千兆网口，利用iperf3与PC端进行测速，结果如下：
CM4_UART/CAN扩展板作为client时，速度大约为942Mbps：
CM4_UART/CAN扩展板作为server时，速度大约为945Mbps：
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。
五、Ubuntu系统下的使用演示
5.1 准备工作
Ubuntu系统下同样需要在config.txt中加入各个接口与GPIO的对应关系：
dtoverlay=uart0
dtoverlay=uart3,txd3_pin=4,rxd3_pin=5
dtoverlay=uart4,txd4_pin=8,rxd4_pin=9
dtoverlay=uart5,txd5_pin=12,rxd5_pin=13
加入的位置也是在文件的末尾，可以按照在树莓派OS下的方法进行。
保存后退出，然后将TF卡插入扩展板，启动系统。
树莓派端同样建议安装可视化串口软件CuteCom：
sudo apt install cutecom
如果在使用过程中有权限不足的问题，请打开Ubuntu系统的终端，输入：
sudo cutecom
来运行CuteCom。
经测试，CM4_UART/CAN扩展板上各个接口与串口号的对应关系如下（与树莓派OS一样）：
RS485对应ttyAMA5
RS232（三针）对应ttyAMA4
CM4_UART/CAN扩展板另有九针RS232串口版本。
RS232（九针）对应ttyAMA4
5.2 测试RS485串口
在PC端插上一个USB转RS485串口的转换器，与扩展板上的RS485串口相连，各自打开串口软件进行收发，结果如下：
树莓派OS端：
Windows端：
经过实测，波特率最高可达到2.01M（以传输数据不发生乱码为准）。
5.3 测试RS232串口（三针）
在PC端插上一个USB转RS232串口的转换器，与扩展板上的RS232串口（三针）相连，各自打开串口软件进行收发，结果如下：
树莓派OS端：
Windows端：
经过实测，波特率最高可达到0.86M（以传输数据不发生乱码为准）。
5.4 测试RS232串口（九针）
在PC端插上一个USB转RS232串口的转换器，与扩展板上的RS232串口（三针）相连，各自打开串口软件进行收发，结果如下：
Ubuntu系统端：
Windows端：
经过实测，波特率最高可达到0.28M（以传输数据不发生乱码为准）。
5.5 测试CAN接口
5.6 测试百兆网口
将连接上游路由器的的网线插入CM4_UART/CAN扩展板的百兆网口，利用iperf3与PC端进行测速，结果如下：
CM4_UART/CAN扩展板作为client时，速度大约为94.4Mbps：
CM4_UART/CAN扩展板作为server时，速度大约为94.8Mbps：
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。
5.7 测试千兆网口
将连接上游路由器的的网线插入CM4_UART/CAN扩展板的千兆网口，利用iperf3与PC端进行测速，结果如下：
CM4_UART/CAN扩展板作为client时，速度大约为941Mbps：
CM4_UART/CAN扩展板作为server时，速度大约为938Mbps：
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。