0001 MPRG4
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关键词
树莓派5、Raspberry Pi 5、MPRG4、MPG4、RTL8111H、四千兆网口扩展板、RPi OS、Ubuntu、OpenWrt、软路由、交换机、Radxa Rock 5C
一、简介
MPRG4(或称MPG4)是一款专为树莓派5设计的,通过PCIe接口扩展的四千兆网口扩展板。该扩展板通过PCIe接口外挂RTL8111H PCIe网口，然后进一步通过交换机芯片扩展成四路千兆网口。可用于以下几种场景：
1. 树莓派系统或Ubuntu系统下，其中一个网口连接上级路由器，剩余3个网口为附近其它需要联网的设备提供网络接入(四个网口位于同一个网段)，可省却一个外挂的交换机和电源。
2. OpenWrt软路由系统下，原生千兆配置为WAN口，扩展的四个网口配置为LAN口，可为四台设备提供网络接入服务。
注意1：四个千兆口具备独立IP，但位于同一个网段，由上游路由器来分配地址池。如果不接上游路由器,则在树莓派系统和Ubuntu系统下将无法获取合法IP地址（会收到169.254.xx.xx的IP地址，表示仅有物理网线连接但无合法IP地址）。
注意2：在树莓派系统和Ubuntu系统下如果开机时没有插网线一段时间后系统将会获取到169.254.xx.xx的IP地址，此时即便插入来自上游路由器的网线后系统也获取不到合法IP，需要按一下扩展板上的交换机复位键才能重新获取到合法IP地址。
扩展板在树莓派官方OS和openwrt系统是免驱，Ubuntu系统是要安装驱动的。
二、硬件资源
1. 通过16Pin 0.5mm PCIe FPC线和树莓派5连接；
2. 板载RTL8111H芯片，实现PCIe转千兆以太网，再通过交换机芯片外扩；
3. 四路千兆以太网；
4. 一盏电源指示灯；
5. 一个交换机复位键(Switch RST)；
6. 一个开关机按键(同树莓派5自带开关机按键)；
7. 可选3D打印底座，可保护桌面不被划伤；
8. 可选钣金外壳，美观可靠；
9. 可选配4G模块安装在树莓派5上方来搭建4G路由器;
10. 尺寸：约86mmx75mm；线路板沉金工艺无铅生产，板材通过UL和ROHS认证，防火等级94V-0。
树莓派5可以安装4G模块，可设置为4G路由器使用。4G模块是可选模块。
三、树莓派OS的使用
树莓派系统下默认已经集成驱动，免驱，可直接使用。
树莓派OS的版本为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
3.1 查看网络
3.1.1 查看千兆以太网
系统启动后，执行lspci，即可看到RTL8111H网卡（4个千兆网口）：
执行ifconfig -a，可看到eth0是树莓派5自身网口；eth1即为扩展的RTL8111H网卡（4个千兆网口）：
3.1.2 测试4G LTE
如果您选配了4G LTE模块，我们的4G模组在树莓派系统下均免驱，自动识别。
系统启动后，执行ifconfig -a，显示如下：
CAT4 4G：
我们执行route，查看路由表，可见eth2排在第一位，即表示此时默认使用4G上网：
高通4G：
我们执行route，查看路由表，可见usb0排在第一位，即表示此时默认使用4G上网：
ZTE CAT4：
我们执行route，查看路由表，可见eth1排在第一位，即表示此时默认使用RTL8111H扩展网口上网：
如果要优先使用4G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 100.92.213.193
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 100.92.213.193：添加4G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4G的网关（eth2排第一位，即ZTE CAT4）：
这样网络就默认走4G网络了，如果需要改回默认走有线网络，请运行：
sudo ip route del default && sudo route add -net default netmask 0.0.0.0 gw 192.168.8.1
或者重启系统即可。
其中192.168.8.1为有线网络的默认网关，请以实际为准。
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4G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 100.92.213.193。
以CAT4 4G为例，此时默认使用4G上网，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。
3.2 以太网测速
Windows版iperf3下载：
http://www.mcuzone.com/down/Software.asp?ID=10000634
Linux下iperf3安装：
sudo apt-get install iperf3
安装完毕后，将四个扩展千兆网口中的一个接入上级路由器，使用iperf3与同一局域网内的PC进行测速：
client模式为942Mbps左右：
server模式为948Mbps左右：
基本能达到千兆的速度。
注意1：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。
注意2：四个端口的交换机是物理层设备，系统下不可见。
四、Ubuntu的使用
Ubuntu23.10版本加载网卡驱动的流程比较复杂和繁琐，不建议使用，推荐使用24.04版本。
本文使用的Ubuntu系统版本为：ubuntu-24.04-preinstalled-desktop-arm64+raspi.img.xz，Ubuntu系统下载地址：
https://ubuntu.com/download/raspberry-pi
4.1 安装驱动
Ubuntu24.04下可以直接下载驱动源码并编译，步骤如下：
将树莓派5的原生网口连接至上级路由器。
更新系统：
sudo apt-get update
准备编译环境：
sudo apt-get install --reinstall linux-headers-$(uname -r) linux-headers-generic build-essential dkms
下载编译驱动：
sudo apt install r8168-dkms
sudo modprobe r8168
驱动安装完成后，安装net-tools工具：
安装完毕后，执行ifconfig -a可以看到下图：
以enp开头的设备，就是4路扩展千兆网口，这样驱动就安装成功了，但是没有获得IP地址。
4.2 查看以太网
将四个扩展千兆网口中的一个接入上级路由器，重启系统，运行ifconfig -a，可见扩展千兆网口已经获得了IP地址：
4.3 以太网测速
iperf3安装：
sudo apt-get install iperf3
四千兆的一个网口接上级路由器，使用iperf3与同一局域网内的PC进行测速：
client模式为943Mbps左右：
server模式为948Mbps左右：
基本能达到千兆的速度。
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4G LTE
如果您选配了配套的4G LTE模块，我们所有4G模块在Ubuntu系统里免驱，不用额外装驱动，系统均自动识别成enx.......设备。前面章节已经讲述了如何安装板载千兆以太网驱动，此时，我们执行ifconfig -a，显示如下：
我们执行route，查看路由表，可见以enx开头的网卡排在第一位，即表示此时默认使用4G上网：
以CAT4 4G为例，此时默认使用4G上网，我们ping IP和域名均成功，说明4G模块工作正常：
打开https://test.ustc.edu.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。
五、OpenWrt的使用
MPRG4扩展板在OpenWrt系统下是免驱的，可配置为一进四出的交换机模式，即将树莓派自带网口配置为WAN口，扩展板四个网口做LAN，可以供其他设备使用，获得同网段的不同IP地址。
本文使用的OpenWrt系统为：openwrt-bcm27xx-bcm2712-rpi-5-squashfs-sysupgrade-linux-6.1.100-20240805.img.gz
5.1 登录系统
树莓派5自带网口连接至PC，启动系统后，在Windows设置中找到网络和Internet，在“以太网”中查看默认网关的IP地址，这个地址就是OpenWrt系统的登陆地址，如图所示，本文测试的地址为192.168.198.1：
打开网页浏览器，输入192.168.198.1，进入OpenWrt的系统；默认用户名为root，默认密码为password。
登录OpenWrt系统后，点击“系统 - TTYD终端”，我们便可进入OpenWrt自带的终端，使用用户名 root, 以及密码 password登录终端即可：
运行ifconfig -a，可见已经识别扩展千兆网口（eth1）：
5.2 设置WAN口和LAN口
默认状态下树莓派5原生网口（eth0）是LAN口。现在我们需要将eth0改为WAN口，扩展千兆网口（eth1）设置为LAN口。操作如下：
我们点击“网络” - “接口”
随后我们点击“添加新接口”，设置好名称、接口协议，将WAN口设置为eth0。
点击“提交”后在“防火墙设置”选中“WAN”。
设置完后我们点击“保存”，注意不要点击“保存&应用”，否则将进入不了系统。
点击“返回至概况”后，我们点击“LAN口”修改。
在物理设置下将接口设置为eth1。
设置完成后我们点击”保存&应用“。注意，因为此时网络设置发生了变化，所以会一直显示”正在应用更改“，这不是故障，我们稍等片刻后就可以进行下一步操作。
配置完成后，将新的WAN口（树莓派原生网口，eth0）接入上级路由器，然后将新的LAN口（扩展千兆网口，eth1）接入下级网络设备（如PC等），重启系统。
5.3 LAN口网络测试
我们将四个LAN口中的两个网口连接两台PC简单测试一下网络带宽。
使用iperf3在两台电脑之间互相测试：
基本能达到千兆的速度。
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4G LTE
如果您选配了4G LTE模块，我们的4G模组在OpenWrt系统下均免驱，自动识别。
插上4G模组（需插入SIM卡），将4个千兆网口之一与PC相连，拔掉树莓派原生网口的网线，启动并登录OpenWrt系统后，点击“系统 - TTYD终端”，我们便可进入OpenWrt自带的终端，使用用户名 root, 以及密码 password登录终端即可：
运行ifconfig -a，可见已经识别4G模组：
CAT4 4G或者ZTE CAT4（识别为eth2）：
高通4G（识别为usb0）：
以CAT4 4G为例，我们将4G模组设置为WAN口，步骤如下：
我们点击“网络” - “接口”：
随后我们点击“添加新接口”，设置好名称、接口协议，将WAN口设置为eth2（如果是其它4G模组，请按照实际的网络标识进行设置），“新接口的名称”可以自定义设置：
点击“提交”后在“防火墙设置”选中“WAN”。
设置完后我们点击“保存&应用”，成功后自动返回接口页面，稍等片刻，我们就能看到CAT4 4G获得了IP地址，这样我们就能通过CAT4 4G上网了：
我们在PC端测试4G网络的速度，打开测速网站进行网速测试，结果如下：
CAT4 4G：
高通4G：
ZTE CAT4：
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。
六、搭配Radxa Rock 5C(RK3588S2)的操作
6.1 概述
Radxa的Rock 5C是一款基于RK3588S2设计，尺寸兼容树莓派5的开发板，具备一路千兆以太网和四个USB口，且并引出了和树莓派5兼容的PCIe接口，我们可以通过该PCIe接口来扩展各类原本为树莓派5设计的PCIe扩展板。这里我们将MPRG4扩展板配套测试。
测试debian系统的版本为：rock-5c_bookworm_kde_b1.output.img.xz
下载地址（github）：
https://github.com/radxa-build/rock-5c/releases/tag/rsdk-b1
6.2 准备工作
1. 系统启动，默认账户的用户名和登录密码是radxa：
2. 在开始菜单的System下找到Konsole，进入命令行终端。
3. 执行lspci，即可看到RTL8111的设备信息：
（如果看不到，要检查PCIe线的连接可靠性，注意线缆有朝向，有一侧注明了RPi5要连接到Rock 5C）。
4. 将Radxa Rock 5C的千兆网口与上级路由器连接，执行：
sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade
sudo apt install net-tools
安装完毕net-tools后才能使用ifconfig工具，当然你也可以使用其它工具来操作网络。
6.3 安装驱动及测试
以dkms的方式安装驱动即可：
sudo apt install r8168-dkms
sudo modprobe r8168
安装完毕后执行sudo ifconfig -a检查是否有enp开头网卡，即为RTL8111网卡，注意，交换机是物理层设备，ifconfig是看不到的。
将四个扩展千兆网口中的一个接入上级路由器，重启系统，执行sudo ifconfig -a，可见扩展千兆网口已经正确获得IP：
通过ping包确认网络是否连通：
至此，网卡驱动已经安装完成并可正常运行。
Linux下iperf3安装：
sudo apt-get install iperf3
安装完毕后，将四个扩展千兆网口中的一个接入上级路由器，重启系统，使用iperf3与同一局域网内的PC进行测速：
client模式为942Mbps左右：
server模式为947Mbps左右：
基本能达到千兆的速度。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。
6.4 测试4G模块
我司配套的4G模块均具有免驱免拨号、系统自动识别、即插即用功能。Rock 5C可配CAT4 4G和高通4G，在debian系统中自动识别成以enx开头的设备。
6.4.1 联网4G
启动系统，在终端中执行lsusb，显示如下：
CAT4 4G模块：
高通4G模块：
下面以CAT4 4G为例，将Rock 5C的原生网口和四个扩展千兆网口中的一个接入上级路由器，重启系统，执行sudo ifconfig -a，显示如下：
系统里识别为“enx....”的为4G设备，已经正确获取了IP地址。执行ip route，可见enx开头的设备排在第一位，说明此时是优先通过4G网络上网：
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。
6.4.2 网络优先级的修改
以CAT4 4G为例，上一节我们查看了路由表，默认情况下，优先通过4G网络上网。
如果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ip route，查看路由表，目前的默认路由为有线网络的网关（end1排第一位，即Rock 5C的原生网口）：
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，请运行：
sudo ip route del default && sudo route add -net default netmask 0.0.0.0 gw 192.168.6.1
或者重启系统即可。
其中192.168.6.1为4G模组的默认网关，请以实际为准。
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。
6.4.3 AT命令操作
以CAT4 4G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：1286 4e3d
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 1286 4e3d > /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ttyUSB0-2三个设备：
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/ttyUSB1
（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。
7. APN设置
普通手机SIM卡，不需要任何设置，直接使用；有些物联网卡需要设置APN才能使用，以下是用户使用提供的参考，具体的APN代码需要SIM卡运营商提供。
移动卡：
AT+CPNETAPN=0,"cmnet","",""
电信卡：
AT+CPNETAPN=0,"ctnet","",""
6.4.4 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：
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。
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