0001 MPRG4（基于树莓派5 PCIe设计）
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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、Pi 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：
1.1 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。
1.2 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。
二、硬件资源
2.1 通过16Pin 0.5mm PCIe FPC线和树莓派5连接；
2.2 板载RTL8111H芯片，实现PCIe转千兆以太网；
2.3 板载交换机芯片，将RTL8111H网口扩展为四个千兆以太网，这四个网口具备独立IP，但隶属于同一个网段；
2.4 一盏电源指示灯；
2.5 一个交换机复位键(Switch RST)，适用于树莓派系统和Ubuntu系统下开机一段时间后再插入网线获取不到合法IP的情况；
2.6 一个外延的树莓派5开关机按键(同树莓派5自带开关机按键)；
2.7 可选3D打印底座，可保护桌面不被划伤；
2.8 可选钣金外壳，美观可靠；
2.9 可选配4G模块安装在树莓派5上方来搭建4G路由器;
2.10 尺寸：约86mmx75mm。
注意：四网口无法接入不同网段的上游路由设备，即无法实现一条电信一条移动一条联通这样的多网聚合应用，也无法实现一个网口接外网一个网口接内网网段的桥接应用。
三、树莓派系统下使用演示
注意，使用PCIe屏蔽线时，上面有标记树莓派5的朝向。
树莓派系统下默认已经集成驱动，可直接使用。
树莓派OS下载地址：
https://www.raspberrypi.com/software/operating-systems/
3.1 请根据需要烧写树莓派系统，支持32位和64位系统，由于PCIe接口已被占用，可从TF卡启动；
3.2 系统启动后，执行ifconfig，可看到有eth1设备，即为扩展的RTL8111H网卡：
3.3 PC连接至四网口中的任意一个，树莓派和PC各自运行iperf3进行测速，基本跑满：
Windows版iperf3下载：
http://www.mcuzone.com/down/Software.asp?ID=10000634
Linux下iperf3安装：
sudo apt-get install iperf3
四网口之间的iperf3测试也一样可以跑满。
注意1：四个端口的交换机是物理层设备，系统下不可见。
注意2：如果开机前没有插网线连接至上级路由器，一段时间后即便接入网线也会无法联网(IP地址为169.254.xx.xx)，此时需要按一下交换机的复位键(丝印标记为Switch RST).
四、Ubuntu系统下的使用演示
Ubuntu系统下载地址：
https://ubuntu.com/download/raspberry-pi
注意，Ubuntu系统下需要安装RTL8111H，而且要注意的是系统版本和驱动版本强相关，如有驱动编译问题可以联系我们获取已配置好驱动的镜像文件。
驱动编译流程如下：
4.1 官网下载网卡驱动包
https://www.realtek.com/Download/List?cate_id=584 找到此驱动将其下载至本地。
官网最新驱动不适用于Ubuntu23.10系统，如果安装不了请使用我司当前的驱动版本
http://www.mcuzone.com/wiki/0001_MPRG4/r8168-8.052.01.tar.bz2
4.2 加载和验证驱动（Ubuntu23.10下）
下载完成后使用SSH等工具将压缩包放至Ubuntu系统下，接下来按照以下步骤进行驱动安装：
4.2.1 更新系统和头文件
sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade
理论上不需要更新头文件，Ubuntu不同于Pi OS，upgrade的时候头文件也会一并更新。
如果后续报头文件问题，用以下命令检查头文件：
sudo apt-get install linux-headers-$(uname -r)
4.2.2 准备编译环境
sudo apt-get install --reinstall linux-headers-$(uname -r) linux-headers-generic build-essential dkms
4.2.3 解压对应的源码到/usr/src
sudo tar xvf r8168-8.052.01.tar.bz2 -C /usr/src
4.2.4 添加一个dkms.conf
添加一个dkms.conf到/usr/src/r8168-8.052.01/dkms.conf，内容如下：
PACKAGE_NAME=Realtek_r8168
PACKAGE_VERSION=8.052.01
DEST_MODULE_LOCATION=/updates/dkms
BUILT_MODULE_NAME=r8168
BUILT_MODULE_LOCATION=src/
MAKE="'make' -C src/ all"
CLEAN="'make' -C src/ clean"
AUTOINSTALL="yes"
注意：请在本Ubuntu系统下建立此文件，如果在Windows下建立此文件并直接拷入本Ubuntu系统的话会有字符格式问题，从而造成编译无法通过。
4.2.5 编译DKMS
sudo dkms add -m r8168 -v 8.052.01
sudo dkms build -m r8168 -v 8.052.01
sudo dkms install -m r8168 -v 8.052.01
sudo depmod -a
sudo modprobe r8168
如果dkms.conf的字符格式有问题，在执行add时就会编译错误，之后即使改正了dkms.conf，在执行add时仍会报Error! DKMS tree already contains，此时请执行下列语句，之后再重新执行add：
sudo rm -r /var/lib/dkms/8812au
如果在执行build时报binary update-secureboot-policy not found，请执行下列语句，之后再重新执行build：
apt-get install shim-signed
4.3 加载和验证驱动（Ubuntu24.04下）
Ubuntu24.04下可以直接下载驱动源码并编译，步骤如下：
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
注意：如果按照上面的Ubuntu23.10的步骤执行的话，会在在执行build时报ERROR (dkms apport)，从而无法进行下去。
4.4 验证安装结果
运行如下命令即可看到enxxx的有线网接口：
ifconfig -a
使用iperf3测速，基本能跑满千兆。
注意，在Ubuntu系统下RTL8111H网卡被识别成了enxxxx的名称，同样的交换机作为物理层芯片并不会显示在网卡列表里面。
五、OpenWrt系统下MPRG4扩展板操作演示
5.1 概述
MPRG4扩展板在OpenWrt系统下可配置为一进四出的交换机模式，树莓派自带网口配置为WAN口，扩展板四个网口可以供其他设备使用，获得同网段的IP地址。
5.2 准备工作
本文使用的OpenWrt系统为：openwrt-bcm27xx-bcm2712-rpi-5-squashfs-sysupgrade-linux-6.1.92-20240530a.img.gz
烧写OpenWrt系统并上电启动后，我们通过树莓派自带网口连接网线至PC网口，然后打开网页浏览器输入192.168.198.1进入OpenWrt系统。
默认用户名为root，默认密码为password。
浏览器地址可以在Windows设置中找到网络和Internet，在以太网中打开连接的网络查看IP地址。
在电脑端使用终端软件（如SecureCRT等）连接开发板，可以看到设备识别：
SecureCRT软件可按照以下方式设置：
5.3 设置OpenWrt系统
设备正常识别后，我们打开网络-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。
5.4 网络测试
将WAN口接入上级路由器，扩展板的四个网口就可以连接其他网络设备获取网络，我们将两个网口连接两台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：
可见测试结果正常。
六、Radxa Rock 5C(RK3588S2)搭配四网口扩展板MPRG4操作演示
6.1 概述
Radxa的Rock 5C基于RK3588S2设计，具备一路千兆以太网和四个USB口，并引出了和树莓派5兼容的PCIe接口，我们可以通过该接口来扩展各类原本为树莓派5设计的PCIe扩展板。这次我们演示使用的是四网口扩展板。
演示使用的软硬件平台：
本文采用的系统版本为：debian bullseye kde b3，github下载地址：
https://github.com/radxa-build/rock-5c/releases/
扩展板：MPRG4四网口扩展板
6.2 准备工作
6.2.1 连接好Rock 5C和MPRG4。
6.2.2 系统烧写到TF卡后插卡启动，默认账户登录密码是radxa。
6.2.3 进入系统后在菜单下找到konsole进入命令行终端。
6.2.4 执行lspci，确保能看到RTL8111的设备信息。（能看到说明扩展板硬件正常，如果看不到要检查FPC连接可靠性，注意FPC线缆有朝向，有一侧注明了RPi5要连接到Rock 5C。）
6.2.5 将网线连接至原生千兆，执行：
sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade
sudo apt-get 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
6.3.1 以dkms的方式安装驱动即可。
sudo apt-get install r8168-dkms
sudo modprobe r8168
6.3.2 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。
6.3.3 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。
6.3.4 使用iperf3测速，基本能跑满千兆。
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