2009 CM4/CM5 SSD WiFi6

关键词

树莓派CM4核心板、CM5核心板、千兆以太网、RPiOS、Ubuntu、NVMe SSD、DSI、CSI、抓包、WiFi6

一、简介

CM4_SSD_WiFi6扩展板是一款基于树莓派CM4核心板设计的由一路PCIE扩展出来的两路PCIe的NVME SSD和WiFi6扩展板。

CM4_SSD_WiFi6扩展板具有一路PCIE M.2 M-KEY接口，用于外扩SSD和一路PCIEM.2 A-KEY接口，可安装WiFi6模块。引出了一路原生千兆以太网、一路2-lane DSI0接口、一路4-lane CSl1接口、一路标准尺寸的HDMI接口，支持4K输出及一路TF卡座，且扩展了三路USB2.0主机A口和一路USB主机1.25 4pin接口。此外引出与树莓派4B相同定义的2.54mm 2x20pin的GPIO引脚，用于常规外设扩展。

此扩展板也可以改造成双wifi扩展板，即将NVME接口外接NVME转wifi转接板，即可实现。此扩展板也支持WLANPI OS，实现WiFi抓包，监控等功能。

此扩展板同时也支持树莓派CM5核心板。

二、硬件资源

1. 一路原生千兆以太网接口，采用一体式变压器，电磁性能更好；

2. 一路PCIE M.2 M-KEY NVMe SSD接口，支持2242、2280尺寸规格的固态硬盘；

3. 一路PCIE M.2A-KEY WIFI6接口，支持WiFi6和WiFi6E(可选配AX200/AX210)，可选配M.2A转2.5G千兆网卡；

4. 三路USB2.0主机A口，一路USB2.0主机（1.25mm-4PIN），可选配CM4 4G Mini和5G Mini模块；

5. 一路4-lane CS11（22PIN，0.5mm，翻盖下接）；

6. 一路2-lane DSl0（22PIN，0.5mm，翻盖下接）；

7. 一路标准HDMI接口（分辨率可达4K）；

8. 一路TF卡座，仅用于不带eMMC版本的CM4核心板存放系统；

9. 一路USB Type-C供电（5V3A）及烧写接口；

10 一路风扇供电接口5V 2.54mm-2p；

11. 40pin GPIO引脚，与树莓派4B完全兼容；

12. 标配铝合金外壳。

树莓派CM4/CM5_SSD_WiFi6扩展版+CM4核心板+CM4散热片+侧涡轮散热风扇：

树莓派CM4/CM5_SSD_WiFi6扩展版+CM4核心板+CM4散热片+4G Mini模块：

PCIE M.2转千兆2.5G网卡：

三、烧写系统

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2024-11-19-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-24.10-preinstalled-desktop-arm64+raspi.img.xz，

Ubuntu系统下载地址：

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

3.1 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。

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卡通过读卡器插入PC，然后打开软件：


Raspberry Pi Device：	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。

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

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。

烧写完毕后，将TF卡插入扩展板，上电后即可进入系统。

3.2 eMMC的烧写

若核心板板载eMMC，则系统从eMMC启动，板载TF卡将无效。

首先要安装核心板的驱动，驱动包可以从树莓派官方下载，也可以从我们公司官网下载，下载地址：

http://www.mcuzone.com/down/Software.asp?ID=10000623

驱动安装好后，硬件连接如下：

01

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：

烧写完成后，把短路帽都拔掉，重新上电，启动系统即可。

3.3 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的操作

4.1 测试USB口

在树莓派终端中执行lsusb及lsusb -t，显示如下：

003是接了USB 读卡器；004是接了无线键鼠；007是接了U盘，此时表示三个USB2.0-A口，识别都正常。若USB无外接设备，则不会出现设备编号。

Bus 01为为USB 2.0接口，480M，工作模式也正常。

4.2 测试SSD硬盘

CM4的PCIe经过switch一扩二以后，板载SSD不支持硬盘启动系统，只能作为数据存储用。将SSD硬盘插入扩展板，上电启动系统。

在树莓派终端中执行lspci，查看SSD硬盘信息：

执行lsblk，我们可以看到这个SSD分区名为nvme0n1p1：

默认状态下，SSD硬盘运行在 PCIe Gen2下，不支持CIe Gen3。

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

因SSD和WiFi6是由一路PCIe通过switch一分为二，所以反映到SSD上就会对速度有所影响，测试结果如下：

次数	传输速度MB/s	传输速度Gbps
1	375.85	3.01
2	374.47	3.00
3	378.77	3.03
4	376.61	3.01
5	375.08	3.00
平均	376.16	3.01

4.3 测试WiFi6（AX210）

对于树莓派CM4核心板自带WiFi和扩展板外扩的WiFi，树莓派OS只支持外扩或自带的WiFi中的其中一种，因此若想用WiFi6，建议选不带WiFi的CM4核心板。若使用带WiFi功能的树莓派CM4核心板，在安装WiFi6驱动后，核心板自带的WiFi模块将自动关闭，无法使用。

我们测试用的是AX210，同时也适用于AX200。启动系统后，树莓派终端中执行lspci，即可看到：

4.3.1 安装驱动

在树莓派终端下更新头文件：

sudo apt install -y raspberrypi-kernel-headers firmware-iwlwifi flex yacc

然后下载源码：

mkdir wifi && cd wifi

wget http://www.mcuzone.com/wiki/2004_CM4_WiFi7/backport-iwlwifi-20231029.tar.bz2

sudo tar -xvf backport-iwlwifi-20231029.tar.bz2

准备编译环境：

sudo make defconfig-iwlwifi-public

sudo sed -i 's/CPTCFG_IWLMVM_VENDOR_CMDS=y/# CPTCFG_IWLMVM_VENDOR_CMDS is not set/' .config

编译源码：

sudo make -j 4

sudo make install

注意，编译时如果使用-j 4出现死机或者报错，请使用-j 2或者-j 1进行编译。

安装完成后提示重启系统，请重启：

sudo reboot

4.3.2 测试WiFi6

重启系统后，我们就可以在网络连接里面使用WiFi6模块连接无线AP了：

注意，此时核心板自带的WiFi模块已自动关闭，被WiFi6模块所取代。

点击桌面右上角网络图标 - Advanced Options - Connection Information...，在网络连接的信息中，我们也可以看到这个驱动为iwlwifi的网络连接（如果是核心板自带的无线网卡，驱动会显示为brcmfmac）：

在树莓派终端中执行ifconfig -a，结果如下：

这里的wlan0为WiFi6模块。

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

测速所使用的硬件设备：

路由器为小米BE6500 Pro（WiFi6/7+四口2.5G路由器），扩展板距离路由器约1米。

扩展板的AX210连接WiFi6无线网络（5G热点），与同一路由器下的Windows系统进行iperf3测速。

扩展板作为client，单线程测速：

速度为为505Mbps左右。

30个线程测速：

速度为为1.31Gbps左右。

扩展板作为server，单线程测速：

速度为为557Mbps左右。

30个线程测速：

扩展板作为server，单线程测速：

速度为为1.97Gbps左右。

	单线程(Mbps)	30线程(Gbps)
Client	505	1.31
Server	557	1.97

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。

4.3.3 双无线网卡测试

4.3.3.1 双WiFi6测试

此扩展板可以改造成双WiFi6扩展板，将NVMe接口配一个我司配套的NVMe转WiFi6转接板，即可实现双无线网卡：

网络连接显示如下：

AX200网络详情（接在WiFi6接口上，为主网卡，wlan0）：

AX210网络详情（接在NVMe转WiFi6转接板上，为副网卡，wlan1）：

在树莓派终端中执行ifconfig -a，结果如下：

我们使用网速测试软件iperf3进行测速，结果如下：

	单线程(Mbps)	30线程(Gbps)
AX200 Client	403	0.57
AX200 Server	457	1.05
AX210 Client	521	1.40
AX210 Server	564	1.72

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。

4.3.3.2 WiFi6和WiFi7测试

此扩展板可以改造成一路WiFi6和一路WiFi7的双WiFi扩展板，将NVMe接口配一个我司配套的NVMe转WiFi7转接板，即可实现双无线网卡：

为BE200安装固件：

在树莓派OS下，BE200需要安装固件，AX200/210不需要，安装BE200的固件后，不影响AX200/210的使用

在树莓派终端下执行：

cd ..

cd Downloads

wget http://www.mcuzone.com/wiki/0011_MPW7/firmware_wifi7.zip

unzip firmware_wifi7.zip

sudo cp iwlwifi-gl-c0-fm-c0-86.ucode /lib/firmware

sudo cp iwlwifi-gl-c0-fm-c0.pnvm /lib/firmware

最后重启系统：

sudo reboot

重启完毕后，我们就可以在网络连接里面使用两个模块连接无线AP了，方法同WiFi6.

网络连接显示如下：

AX210网络详情（接在WiFi6接口上，为主网卡，wlan0）：

BE200网络详情（接在NVMe转WiFi7转接板上，为副网卡，wlan1）：

在树莓派终端中执行ifconfig -a，结果如下：

我们使用网速测试软件iperf3进行测速，结果如下：

	单线程(Mbps)	15线程(Mbps)
AX210 Client	494	953
AX210 Server	441	948
BE200 Client	460	958
BE200 Server	426	881

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。

4.4 测试以太网口

将网口接上级路由器，树莓派OS终端执行ifconfig -a，显示如下：

这里的eth0为板载千兆网卡。

使用iperf3对千兆网口进行测速：

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。

4.5 测试DSI

4.5.1 树莓派官方第一代液晶屏

这里使用的是树莓派官方第一代液晶屏进行测试，液晶屏需要独立供电。

连接好硬件后，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,dsi0

保存后重启系统，即可使用树莓派官方7寸触摸屏。

4.5.2 树莓派官方第二代液晶屏

这里使用的是树莓派官方第二代液晶屏进行测试，液晶屏需要独立供电。

连接好硬件后，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-ili9881-7inch,dsi0

保存后重启系统，即可使用树莓派官方二代7寸触摸屏。

4.5.3 注意事项

注意1：如果同时插HDMI显示器和7寸触摸屏，7寸触摸屏有可能变成副屏，只要关机后将HDMI显示器拔掉，再启动系统，7寸触摸屏就会成为主屏。

注意2：添加的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。甚至还有可能造成系统无法启动。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。

4.6 测试CSI

这里测试用的摄像头是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,cam0

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：

五、Ubuntu OS的操作

5.1 测试USB口

在Ubuntu终端中执行lsusb及lsusb -t，显示如下：

Decice 003是接无线键鼠、004是接U盘、005是接USB读卡器，这表示三个USB2.0-A口，识别都正常，如果USB没有外接设备，则lsusb后只出现Hub，不会出现设备号。

Bus 001为USB 2.0接口，480M，工作模式也正常。

5.2 测试SSD硬盘

将SSD硬盘插入扩展板，上电启动系统。在终端中执行lspci，查看SSD硬盘信息：

执行lsblk，我们可以看到这个SSD分区名为nvme0n1p1：

默认状态下，SSD硬盘运行在 PCIe Gen2下，不支持CIe Gen3。

安装硬盘测速软件hdparm，在Ubuntu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

因SSD和WiFi6是由一路PCIe通过switch一分为二，这样反映到SSD上就会对速度有所影响，测试结果如下：

次数	传输速度MB/s
1	332.30
2	295.68
3	331.57
4	337.63
5	327.38
6	317.33
7	336.66
8	335.89
平均	326.81

5.3 测试WiFi6

5.3.1 单无线网卡测试

在Ubuntu系统下，AX200及AX210无线模组免驱，即插即用。

扩展板上插AX210，启动系统后在树莓派终端中执行lspci，即可看到：

点击桌面右上角图标，可见WiFi已经激活，点击WiFi图标旁的箭头，可以选择热点进行连接：

输入热点密码，连接成功后，在终端中执行ifconfig -a，结果如下：

这里的wlp3s0为WiFi6模块。

我们使用网速测试软件iperf3进行测速。

测速所使用的硬件设备：

路由器为小米BE6500 Pro（WiFi6/7+四口2.5G路由器），扩展板距离路由器约1米。

扩展板的AX210连接WiFi6无线网络（5G热点），与同一路由器下的Windows系统进行iperf3测速。

测试结果如下：

	单线程(Mbps)	30线程(Gbps)
AX210 Client	491.00	1.80
AX210 Server	493.00	1.66

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。

5.3.2 双无线网卡测试

此扩展板可改造为双WiFi扩展板，即通过NVME接口，配一个我司配套的NVME转WiFi6转接板，即可实现双无线网卡。

在WiFi6接口插入一块AX200无线网卡，SSD转WiFi6转接板上插入一块AX210无线网卡，网络连接显示如下：

上图已经连接热点的网卡为原AX210网卡，未连接热点的网卡为新加的AX200网卡，将AX200网卡也连接上热点，在终端中执行ifconfig -a，结果如下：

这里的wlp3s0为AX210模块，wlp4s0为AX200模块。

我们使用网速测试软件iperf3进行测速。测试结果如下：

	单线程(Mbps)	30线程(Gbps)
AX200 Client	492.00	1.80
AX200 Server	537.00	1.63
AX210 Client	487.00	1.58
AX210 Server	503.00	1.53

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。

5.4 测试以太网口

将网口接上级路由器，终端执行ifconfig -a，显示如下：

这里的eth0为板载千兆网卡。

使用iperf3对千兆网口进行测速：

client模式为936Mbps左右：

server模式为938Mbps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。

5.5 测试DSI

5.5.1 树莓派第一代液晶屏

这里使用的是树莓派官方第一代液晶屏进行测试，液晶屏需要独立供电。

连接好硬件后，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,dsi0

保存并退出后，重启系统，即可使用树莓派官方7寸触摸屏。

5.5.2 树莓派第二代液晶屏

5.6 测试CSI

六、CM5核心板兼容性测试

启动	仅支持eMMC版本的CM5核心板，不带eMMC的CM5核心板无法从TF卡启动
SSD启动	CM4核心板不支持SSD启动系统，CM5（无eMMC）核心板支持SSD启动。
外设名称	HDMI输出	USB2.0-A接口	SSD	千兆以太网	核心板WiFi
是否兼容	√	√	√	√	√
外设名称	DSI	CSI	单WiFi6	双WiFi6
是否兼容	√	√	√	×
注：√表示兼容，×表示不兼容