2007 CM4 LoRa 4G（LoRa及4G接口）
关键词
树莓派、Raspberry Pi、LoRa、CM4核心板、系统烧写、4G、SSD、RPiOS、RS232、RS485
一、简介
CM4_LoRa扩展板基于CM4核心板设计，扩展两路Mini PCIe接口用于连接LoRa模块（同时兼容4G模块）。一路PCIe M-KEY接口。一路RTC。其它为CM4标准资源，包括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2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。
二、硬件资源
1. 一路原生千兆网口；
2. 一路PCIe M-KEY接口；
3. 一路支持4K分辨率的标准HDMI口；
4. 两路USB2.0主机口；
5. 一路内置1.25mm 4Pin USB2.0接口；
6. 一路USB-C烧写口；
7、一路CSI（22PIN，0.5mm，翻盖下接）；
8. 一路DSI（22PIN，0.5mm，翻盖下接）；
9. 两路RS232接口；
10. 两路RS485接口；
11. 两路Nano SIM卡接口；
12. 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进行测试。
树莓派OS的版本为2024-10-22-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
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
安装后使用跳线帽短接扩展板BOOT脚（在CM4核心板下面）。
使用USB Type A-C数据线将扩展板上的USB OTG接口（即扩展板的两个USB-A口之间的USB Type-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，运行ifconfig -a，查看ip地址：
可见获取的ip地址为192.168.8.101。
为了操作方便，建议使用PC端的SSH软件连接系统并进行终端操作，我们使用与树莓派的无线网卡的IP地址在同一网段内的PC，通过MobaXterm进行连接：
连接后，大部分操作都可以通过PC端的MobaXterm进行，使得整套硬件系统可以脱离显示器运作。以下测试操作将通过MobaXterm在PC端进行演示。
安装测速软件iperf3：
sudo apt 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943Mbps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 PCIe M-KEY测试（SSD测试）
关闭扩展板电源，将SSD安装好后重新上电（接口在扩展板背后）。
在树莓派OS中对SSD分区进行授权：
在终端中输入ls /dev，即可看到硬盘加载：
安装硬盘测速软件hdparm：
sudo apt install hdparm
运行命令，可多次运行，测试多次硬盘速度：
sudo hdparm -t /dev/nvme0n1p1
可见SSD硬盘的接口速度约为350MB/s左右。
注意：测试速度受网络状况、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。
4.3 DSI测试
首先使用22Pin 0.5mm间距转15Pin 1mm间距的转接板和相应的FPC排线，将树莓派官方的7寸触摸屏与扩展板上的DSI接口相连接，然后用一根Micro-USB线给触摸屏供电，注意，树莓派触摸屏不用Micro线独立供电的话是无法使用的，切勿忘记。
连接好后，给扩展板上电。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=vc4-kms-dsi-7inch
保存后重启系统，即可使用树莓派官方7寸触摸屏。
4.4 CSI测试
首先将摄像头连接到扩展板的CSI1接口（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,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（插一个摄像头显示video0，如果有两路CSI，并插两个摄像头显示video0、video1，和插在哪一路CSI无关）。
在终端中输入libcamera-hello --camera 0即可打开对应的摄像头浏览（camera 0对应dev中的video0）。
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：
4.5 USB2.0测试
扩展板上电启动后我们将U盘插入USB2.0接口，输入lsusb查看USB2.0hub是否正常识别，随后输入lsusb -t查看USB2.0工作模式是否正常：
两处红框表示USB2.0hub已正常识别，并且U盘工作在480M下，因此USB2.0工作模式也正常。
4.6 RTC(DS1307)配置
本扩展板使用DS1307作为RTC芯片。配置RTC之前，我们需要先将I2C打开：
左上角树莓派标志—Preferences—Raspberry Pi Configuration—Interfaces
将I2C打开，如图所示：
然后编辑config.txt：
sudo nano /boot/firmware/config.txt
在文件末尾加入下列语句：
dtoverlay=i2c-rtc,ds1307
保存后退出，重启系统，在树莓派终端中输入ls /dev，即可看到RTC设备：
将系统时间写入DS1307的命令是sudo hwclock -w；
将系统时间从DS1307读出的命令是sudo hwclock -r。
如下图所示：
