0020 MPU4G(PCIe to USB 4G LTE

关键词

树莓派5、 Raspberry Pi、4G LTE、PCIe、mini PCIe、AT命令

一、简介

MPU4G是一款专为树莓派5设计的4G扩展板，通过PCIe接口先扩展出四路USB2.0接口，然后再将其中一路USB2.0信号连接至miniPCIE接口的4G模组，另3路USB2.0接口以1.25mm 4Pin接口形态引出，借助这3个接口可进一步扩展1-3路CM4尺寸的4G模组，扩展2路以上4G模组时请注意供电；也可以用于扩展我司温湿度模块或GPS模块。扩展板配套的4G模块均免驱免拨号，在树莓派官方OS/Ubuntu下，自动识别，即插即用，无需额外装驱动，其目标应用：

4G接入、多4G载波聚合、远程无人值守。

二、硬件资源

一路PCIE接口，0.5mm 16P，用于连接树莓派5自身PCIe接口；PCIe扩4路USB口；

一路MiniPCie 4G LTE接口；

一路Nano SIM卡座，且预留eSIM芯片位置（封装为5*6mm），单卡单待；

三路USB2.0接口，1.25mm-4P，可用于扩1-3路4G；

两盏LED灯，其中一盏为电源指示灯，一盏为4G状态灯；

预留2个4G SMA天线接口；

板载采用高效进口DC-DC芯片；

尺寸：85*56mm，和树莓派5尺寸及定位孔完全吻合；板子采用凹槽设计，不影响树莓派5的GPIO；

可选铝合金外壳。


	CAT4	高通4G/GPS	ZTE CAT4	EC20-GPS简版
BAND	LTE FDD：B1/3/5/8 LTE TDD：B34/38/39/40/41	LTE FDD：B1/3/5/8 LTE TDD：B34/38/39/40/41 WCDMA：B1/8 TDSCDMA:B34/39 EVDO/CDMA1X:BC0 GSM/GPRS/EDGE:900/1800MHz(OPT)		LTE FDD：B1/3/5/8 LTE TDD：B34/38/39/40/41 WCDMA:B1/8 TDSCDMA:B34/39 CDMA:BC0 GSM:900/1800MHz

三、树莓派OS的操作

本文档采用树莓派OS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

不同的4G型号，识别的设备型号不一样，一般为eth1或USB0设备。4G型号如下：

国产CAT4，ZTE CAT4，移远EC20语音GPS简版（有打电话发短信功能），高通4G，高通4G-GPS版本；还有国外版本，比如高通4G欧洲版，澳洲版和北美版等。

3.1 高通4G模组

在树莓派终端中执行ifconfig -a，我们可以看到4G模块（usb0）已经正确获得了IP地址：

正常状态下，扩展板上的”4G“LED灯，状态为慢闪，中间有短暂快闪。

3.2 CAT4 4G模组

系统启动后，在树莓派终端中执行ifconfig -a，我们可以看到4G模块（eth1）已经正确获得了IP地址：

正常状态下，扩展板上的”4G“LED灯，状态为慢闪。

3.3 ZTE CAT4 4G模组

系统启动后，在树莓派终端中执行ifconfig -a，我们可以看到4G模块（eth1）已经正确获得了IP地址：

正常状态下，扩展板上的”4G“LED灯，状态为快闪。

3.4 EC20-GPS语音简版

系统启动后，在树莓派终端中执行ifconfig -a，我们可以看到4G模块（usb0）已经正确获得了IP地址：

正常状态下，扩展板上的”4G“LED灯，状态为慢闪。

3.5 联网测试

4G模组正确获得ip地址后，我们可以ping外网地址，如：

ping www.mcuzone.com

也可以通过4G模块连接外网，访问测速网站测速，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。

四、Ubuntu的操作

我们测试的Ubuntu OS的版本为：

ubuntu-24.04-preinstalled-desktop-arm64+raspi.img.xz（图形化版本）

ubuntu-24.04-preinstalled-server-arm64+raspi.img.xz（Server版，命令行版本）

Ubuntu OS下载地址：

https://ubuntu.com/download/raspberry-pi

4.1 Ubuntu系统

Ubuntu系统（图形化版本），终端执行ifconfig -a时，所有的4G模块均识别为enx开头的网卡。

4.2 Ubuntu Server系统

Ubuntu Server系统（命令行版本）基于树莓派，默认只开启一路网络，而且关闭wifi功能，所以若要用4G或wifi，则需要开启第二路，第三路网络，且需要手动添加网卡才能使用；在此，我们将演示Ubuntu Sever下将wifi开启，且使用4G的操作步骤：

4.2.1 系统烧写，设置SSH

烧写系统时建议在树莓派烧录器里面把WiFi和SSH设置都预设置好：

将TF卡插入树莓派，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。

4.2.2 配置网络

此处操作以CAT 4G为例。

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eth0树莓派5自带千兆网口，enx000c29a39b6d为4G模组，wlan0为树莓派自身的无线网卡（本系统烧写时已经预配置了无线热点信息，因此启动后即可使用无线网卡）。

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

安装完毕net-tools工具，即可使用ifconfig -a查看网络状态：

可见此时有线网卡和4G模组均已获取了ip地址。

五、AT命令操作

5.1 操作AT命令

此处操作以高通4G模组为例。在树莓派终端中执行命令lsusb，如下图所示：

本模块的id为05c6 90b6，记录下这个值。（每个模组的ID号不同，以实际查看为准）

使用下列命令打开ttyUSB串口，其中echo后面的值就是之前记录的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

此时应该能看到dev设备下有ttyUSB0-2三个设备：

然后通过minicom打开AT命令串口：

sudo minicom -D /dev/ttyUSB0

直接键入AT命令，回车可以看到结果，如果需要查看回显，请键入命令：ate1。

5.2 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。

5.3 修改IP地址方法

5.4 GPS的使用

5.4.1 高通4G-GPS

若要高通4G的GPS功能，需要接无源GPS天线，且将天线甩到窗外。

5.4.2 EC20-GPS语音简版

5.4.2.1 GPS的操作

5.4.2.2 发短信操作

5.4.2.3 打电话操作

5.5关于网络策略的一些知识

若您需要了解一些网络策略知识，可以看如下：

如何设置网卡优先级

利用udhcpc指定DNS服务器

六、OpenWrt的操作

我们测试用的OpenWrt系统版本为：openwrt-bcm27xx-bcm2712-rpi-5-squashfs-sysupgrade-linux-6.1.100-20240805.img.gz

此扩展板搭配树莓派5，在OpenWrt系统下可配置为一进一出的交换机模式，扩展板上的4G可作为WAN口（直接4G上网），网口配置为LAN口，用于连接PC。

我们4G在OpenWrt系统的内核源码里是自带驱动的，无需额外独立加载驱动，但是用户自己的openwrt固件也有可能编译后不带4G驱动，如何查询是否有4G驱动，在界面“终端”里执行ifconfig-a，如果有出现usb0或者eth1设备，那就是自动识别4G了。如果没有这2个设备，说明这固件没有4G驱动，需要你更换固件，也可以联系我们客服，获取编译好的含4G驱动的固件。如果您的固件有4G设备，那请继续下面的操作。

6.1 登录操作界面

插上烧好OpenWrt系统的TF卡，用千兆网线将树莓派连接至PC网口，上电启动系统，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：