5004 CM5IO Plus
关键词
树莓派、CM5核心板、NVME SSD、双网口、RPiOS、Ubuntu、USB3.0、USB2.0、4G、mini PCIe、SSD、RTC、PWM、DSI、CSI、HDMI
一、简介
CM5IO_Plus扩展板
二、硬件资源
三、烧写系统
本文档采用树莓派系统进行测试，使用前请先下载并安装核心板驱动、树莓派镜像烧录器以及树莓派系统：
树莓派系统的版本为2024-11-19-raspios-bookworm-arm64.img.xz，树莓派系统下载地址：
https://www.raspberrypi.com/software/operating-systems/#raspberry-pi-os-64-bit
镜像烧录器的下载地址：
https://www.raspberrypi.com/software/
树莓派CM5核心板的驱动，可以从树莓派官网下载，也可以从我司网站下载，下载地址如下：
http://www.mcuzone.com/down/Software.asp?ID=10000641
3.1 eMMC的烧写
带eMMC的核心板，系统只能烧写在eMMC内，此时板载TF卡无法使用。
扩展板的操作如下：
电源USB-C接到电脑，板上的OTG和BOOT跳线用短路帽短上，如下图：
01.jpg
驱动安装完成后，电脑上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“BCM2712D0 Boot”的USB设备（即识别树莓派CM5）：
PC的开始菜单的所有程序下，Raspberry Pi下面有个“rpiboot-CM4-CM5 - Mass Storage Gadget”：
打开这个软件，计算机会将eMMC的分区在Windows下分配盘符并显示出来：
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树莓派镜像烧录器烧写系统了。
打开树莓派镜像烧录器：
Raspberry Pi Device：选择Raspberry Pi 5；
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：选择刚才显示出来的分区；
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。
烧写完成后，把短路帽都拔掉，重新上电，启动系统即可。
3.2 TF卡的烧写
核心板如果没有eMMC，则系统将从TF卡启动。
TF卡的烧写步骤与eMMC基本相同，无需使用扩展板，将TF卡通过USB读卡器插入电脑的USB口，将系统烧录到TF卡内的分区即可。
烧写完毕后，将TF卡从读卡器中取下，插入CM5_Basic扩展板的TF卡卡槽，上电后即可进入系统。
3.3 SSD的烧写
CM5_Basic扩展板支持一路M.2 M-KEY接口NVME SSD，所以可以从SSD启动系统（同样需要核心板不带eMMC）。
SSD的烧写步骤与TF卡基本相同，无需使用扩展板，将SSD卡通过USB硬盘盒插入电脑的USB口，将系统烧录到SSD内的分区即可。
烧写完毕后，将SSD从硬盘盒中取下，插入CM5_Basic扩展板的M.2接口，上电后即可进入系统，注意此时不要插TF卡。
四、树莓派OS的操作
4.1 测试USB口
4.1.1 USB口识别测试
在树莓派终端中执行lsusb，显示如下：
识别都正常
随后输入lsusb -t查看USB口的工作模式是否正常：
Bus 02：为USB 3.0接口，5000M；
Bus 04：为USB 3.0接口，5000M；
Bus 05：为USB 2.0接口，480M。
4.1.2 测速USB3.0
将一个NVME M.2硬盘插入SSD转USB硬盘盒，然后将这个硬盘盒插入CM5IO_Plus扩展板的USB3.0-A口，同时在PCIe转M.2接口插上一个NVME M.2硬盘，启动系统，在这两个硬盘之间拷贝大文件，测试结果如下：
| 数据传输方向 | 耗时s | 传输速度MBps | 包大小MB |
| NVME->PCIe SSD | 5.89 | 347.71 | 2048.00 |
| PCIe SSD->NVME | 7.55 | 271.26 | 2048.00 |
| NVME->PCIe SSD | 41.1 | 249.15 | 10240.00 |
| PCIe SSD->NVME | 42.14 | 243.00 | 10240.00 |
4.1.3 测速USB2.0
将一个NVME M.2硬盘插入SSD转USB硬盘盒，然后将这个硬盘盒插入CM5IO_Plus扩展板的USB2.0-A口，同时在PCIe转M.2接口插上一个NVME M.2硬盘，启动系统，在这两个硬盘之间拷贝大文件，测试结果如下：
| 数据传输方向 | 耗时s | 传输速度MBps | 包大小MB |
| NVME->PCIe SSD | 60.79 | 33.69 | 2048.00 |
| PCIe SSD->NVME | 39.45 | 51.91 | 2048.00 |
| NVME->PCIe SSD | 304.64 | 33.61 | 10240.00 |
| PCIe SSD->NVME | 306.01 | 33.46 | 10240.00 |
4.2 测试SSD硬盘
4.2.1 SSD硬盘的识别
将SSD硬盘插入CM5IO_Plus扩展板的PCIe转M.2接口，上电启动系统。
在树莓派终端中执行lspci，查看SSD硬盘信息：
然后需要对SSD硬盘进行授权，在File Manager中点击SSD分区，会弹出授权框，填入当前账户的密码进行授权：
注意：点击的第一个分区需要输入密码进行授权，如有其它分区只需要点击即可完成授权。
授权完毕后，在桌面会显示分区：
在树莓派终端中输入df，即可查看SSD硬盘分区信息：
我们可以看到两个SSD分区名为nvme0n1p1、nvme0n1p2。
4.2.2 测速PCIe Gen2的SSD硬盘
默认状态下，SSD硬盘运行在 PCIe Gen2下。
安装硬盘测速软件hdparm，在树莓派终端下运行：
sudo apt install hdparm
运行接口测速命令，可多次运行，测试多次硬盘速度：
sudo hdparm -t /dev/nvme0n1
这里运行了5次，具体数据见下：
| 次数 | 传输速度MBps |
| 1 | 450.95 |
| 2 | 451.04 |
| 3 | 451.02 |
| 4 | 450.97 |
| 5 | 451.01 |
| 平均 | 451.00 |
4.2.3 测速PCIe Gen3的SSD硬盘
首先在树莓派OS终端中输入sudo nano /boot/firmware/config.txt，在最后一行加入下列代码：
dtparam=pciex1_gen=3
保存后退出并重启系统，这样就切换到了PCIe Gen3。
运行接口测速命令，可多次运行，测试多次硬盘速度：
sudo hdparm -t /dev/nvme0n1
这里运行了5次，具体数据见下：
| 次数 | 传输速度MBps |
| 1 | 875.11 |
| 2 | 880.84 |
| 3 | 877.09 |
| 4 | 875.91 |
| 5 | 883.57 |
| 平均 | 878.50 |
可见SSD硬盘的接口速度与在PCIe Gen2下的测试数值有明显的提高。
4.3 测试以太网口
CM5IO_Plus扩展板带有一个原生千兆网口和一个通过USB2.0扩展的百兆网口。
将网线插入扩展板的原生千兆网口，执行ifconfig -a，显示如下：
我们使用网速测试软件iperf3进行测速。
Windows版iperf3下载：
http://www.mcuzone.com/down/Software.asp?ID=10000634
Linux下iperf3安装：
sudo apt-get install iperf3
4.3.1 原生千兆网口测速
使用iperf3对原生千兆网口进行测速：
client模式为938Mbps左右：
server模式为947Mbps左右：
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。
4.3.2 扩展百兆网口测速
使用iperf3对扩展百兆网口进行测速：
client模式为93.7Mbps左右：
server模式为94.7Mbps左右：
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。
4.5 测试RTC
CM5核心板自带RTC，扩展板上需外接电池，可在树莓派系统下直接使用。如下图所示：
15
系统启动后，在树莓派终端中运行：
ls /dev/r*
即可看到RTC设备：
显示当前系统时间的命令是date；
将系统时间从RTC读出的命令是sudo hwclock -r；
将系统时间写入RTC的命令是sudo hwclock -w。
如下图所示：
如果此时正确接上了RTC电池，则断电后RTC内部的当前时间不会消失，否则将会恢复到默认时间（1970年1月1日）。
4.6 测试PWM风扇
安装监测软件s-tui：
sudo apt install s-tui
然后在树莓派终端中运行s-tui，则可以在监测窗口中看到风扇转速的变化：
如果需要自定义风扇的转速和运行的温度范围，请打开终端，运行下列命令：
sudo nano /boot/firmware/config.txt
在文件末尾加入下列语句：
dtparam=cooling_fan=on
dtparam=fan_temp0=50000,fan_temp0_hyst=5000,fan_temp0_speed=255
其中：
fan_temp0=50000，50000为表示温度，这里是50摄氏度；
fan_temp0_hyst=5000，5000表示迟滞温度，这里是5摄氏度；
fan_temp0_speed=255，255表示风扇转速，最高为255。
可以写入多段温度及相对应的风扇转速，每一段另起一行，使用不同的序号数字来区分，例如：
dtparam=fan_temp1=36000,fan_temp1_hyst=5000,fan_temp1_speed=128
4.7 测试DSI
我们测试用的液晶屏是树莓派官方第一代液晶屏，液晶屏需额外独立供电（Micro-USB接口，位于显示屏后部的控制板上），上电启动系统，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,dsi0
（使用接口为CAM/DISP 0，如果使用CAM/DISP 1接口，请将dsi0改成dsi1）
保存后重启系统，即可使用树莓派官方7寸触摸屏。显示效果如下所示：
22.jpg
注意：这条语句实际上开启了第二块显示屏，即双屏显示，无论第二块屏的硬件是否安装，系统都有可能认为存在双屏，如果使用PrtScn截图，也会截到双屏的图。因此如果不需要使用这块屏，建议在config.txt中把这条语句去掉或者注释掉。
4.8 测试CSI
我们使用的是OV5647摄像头，接口为CAM/DISP 0，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
（如果使用CAM/DISP 1接口，请将cam0改成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/video*
即可看到video0设备：
19.jpg
在终端中输入libcamera-hello --camera 0即可打开对应的摄像头浏览：
20.jpg
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：
21.jpg
4.9 测试外接4G模组
4.10 测试开关机按键
CM5IO_Plus扩展板带有一个开关机按键，开机状态下，按一下按键，弹出关机菜单：
再按一下按键，直接关机；
关机状态下（需接电源）按一下按键，上电开机。