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

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CM5IO_Plus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CM5IO_Plus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：

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：

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：

4.9 测试外接4G模组

我司配套的4G模块均具有免驱免拨号、系统自动识别、即插即用等功能。我们的4G型号有CAT4 4G、高通4G、高通4G-GPS、ZTE CAT4 4G和移远EC20 GPS语音简版。其中CAT4 4G和ZTE CAT4 4G，系统均自动识别成eth设备，高通4G/高通4G-GPS和EC20均自动识别成usb0。

4.9.1 4G网络测试

将4G模块的1.25mm-4p接口与CM5IO_Plus扩展板的1.25mm-4p接口相连，原生千兆网口接上级路由器，启动系统，在树莓派系统终端下执行ifconfig -a，显示结果如下：

上图所示的usb0即为4G模块，高通4G LTE；

若您的4G模块是国产CAT4 4G/ZTE CAT4，则系统识别成eth2（2位置上的数字依其它有线网络的数目而定）。

以高通4G LTE模块为例，我们将原生千兆网口和扩展百兆网口都连接上级路由器，执行route，查看路由表，eth1排在第一位，因此此时是通过扩展百兆网口上网：

我们把扩展百兆网口的网线拔了，重启系统，执行route，查看路由表，usb0排在第一位，因此此时是通过4G模块上网：

此时我们ping IP和域名，均成功，说明4G模块工作正常：

打开https://www.speedtest.cn/进行网速测试，结果如下：

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。

4.9.2 网络优先级的修改

上一节我们查看了路由表，在扩展百兆网口不接网络的情况下，优先通过4G网络上网。

如果你不想用4G上网，要优先使用有线网络上网的话，可以运行命令：

sudo ip route del default && sudo route add -net default netmask 0.0.0.0 gw 192.168.8.1

这两条命令（以“&&”分隔）的解释：

sudo ip route del default：删除路由表中的默认路由；

sudo route add -net default netmask 0.0.0.0 gw 192.168.8.1：添加有线网络的网关为新的默认路由（网关地址以实际为准）。

执行完毕后，再执行route，查看路由表，目前的默认路由为有线网络的网关（eth0排第一位）：

这样网络就默认走有线网络了，如果需要改回默认走4G网络，请重启系统即可。

注意，重启后路由表还是会恢复原状，所以如果重启后要网络继续默认走有线网络，需要再执行一次sudo ip route del default && sudo route add -net default netmask 0.0.0.0 gw 192.168.8.1。

4.9.3 AT命令操作

以高通4G LTE为例，使用lsusb查看USB设备，红框处即为4G模组：

记下4G模块的ID值：05c6 90b6

使用下列命令打开ttyUSB串口，其中echo后面的值就是上面记录的ID值：

sudo modprobe option

sudo sh -c 'echo 05c6 90b6 > /sys/bus/usb-serial/drivers/option1/new_id'

执行上述两条命令之后执行：

ls /dev/ttyUSB*

此时应该能看到dev设备下有ttyUSB0-3三个设备：

然后用串口工具打开特定串口（AT命令串口）：

安装minicom工具：

sudo apt-get install minicom

通过minicom打开AT命令串口：

sudo minicom -D /dev/ttyUSB0

（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）

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。

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。

4.9.4 修改4G模组的IP地址

如果出厂默认的4G IP地址和用户使用的IP地址有冲突，或有修改IP地址的需求，可按照下列步骤进行修改：

CAT4 4G模块：

执行AT命令：

AT+ROUTEIP=<newip>

注意，只支持192.168.x.1这样格式的地址，如果设置了AT+ROUTEIP=192.168.3.1，最终获得的IP为192.168.3.100，修改完后需断电重启系统。

查询当前IP：AT+ROUTEIP?，返回两个值，前一个为旧IP，后一个为新IP。

测试命令：AT+ROUTEIP=?

高通 4G模块、ZTE CAT4 4G模块：

将4G模块的IP改为直接获取公网IP即可，请执行AT命令：

设置IP为公网：AT+GTIPPASS=1

设置IP为内网：AT+GTIPPASS=0

查询当前IP为公网还是内网：AT+GTIPPASS?

修改IP完毕后需要断电重启才能生效。

4.9.5 4G的GPS操作

高通4G-GPS和EC20 GPS语音简版，这两款4G均支持GPS功能。高通4G需要配无源GPS天线，EC20 4G需要配有源GPS天线。

高通4G-GPS的GPS操作：

输入命令lsusb，如下图所示：

记下4G模块的ID值：05c6 90b6

使用下列命令打开ttyUSB串口，其中echo后面的值就是上面记录的ID值：

sudo modprobe option

sudo sh -c 'echo 05c6 90b6 > /sys/bus/usb-serial/drivers/option1/new_id'

执行以上两条命令后系统应该会多出ttyUSB0-2三个设备，输入ls /dev/ttyUSB*可以查看：

运行minicom，打开ttyUSB0串口：

sudo minicom -D /dev/ttyUSB0

并运行：

at+gtgpsepo=1 //开启AGPS

at+gtgpspower=1 //打开GPS

稍等片刻待定位成功，运行：

at+gtgps? //查看NMEA信息

就可以看到GPS信息输出：

EC20 GPS语音简版的GPS操作：

输入命令lsusb，如下图所示：

记下4G模块的ID值：2c7c 0125

使用下列命令打开ttyUSB串口，其中echo后面的值就是上面记录的ID值：

sudo modprobe option

sudo sh -c 'echo 2c7c 0125 > /sys/bus/usb-serial/drivers/option1/new_id'

执行以上两条命令后系统应该会多出ttyUSB0-3四个设备，输入ls /dev/ttyUSB*可以查看：

运行minicom，打开ttyUSB3串口：

sudo minicom -D /dev/ttyUSB3

并运行：

AT+QGPS=1 //打开GPS

运行成功后打开ttyUSB1：

sudo minicom -D /dev/ttyUSB1

就可以看到该串口有GPS信息输出，稍等片刻即可定位：

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。

4.11 测试PoE电源输入

CM5IO_Plus扩展板支持PoE取电，可提供5V2.4A输出。我们将支持PoE供电的路由器的网线连接至扩展板的千兆网口，这样就完成了硬件连接，板子即可通过网线供电。PoE供电和USB-C电源口供电不可同时使用。

板载PoE模组参数：

25.5W（5V4.5A） PoE模组，支持IEEE802.3af/at compliant

支持37-57V输入，典型值48V

带过热保护，短路保护，过流保护

1.5KVrms绝缘等级

PSE供电设备要求：

支持IEEE802.3af/at compliant

至少支持30W输出能力

48V输出，1,2+/3,6-供电

4.12 测试HDMI

CM5IO_Plus扩展板具有两个HDMI输出口，支持分别输出图像信号和同时输出图像信号，同时输出图像信号的效果如下：

32.jpg

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