5001 CM5 WiFi7-PoE
关键词
树莓派、CM5核心板、WiFi7、BE200、蓝牙、RPiOS、Ubuntu、USB3.0、4G、PoE千兆以太网供电、RTC、PWM、DSI、CSI、HDMI、OTG
一、简介
CM5 WiFi7-PoE扩展板专为树莓派CM5核心板打造，支持M.2 E-Key接口的WiFi7（如BE200），并向下兼容WiFi6和WiFi5；引出两路USB3.0接口；原生千兆网口支持PoE供电；以及HDMI、USB2.0、40Pin GPIO等常规接口，可理想用于各种基于WiFi7的高速传输和测试应用。扩展板适用于所有的CM5核心板配置（包括带eMMC的核心板和不带eMMC的核心板），采用DF40HC3.0接插件。
二、硬件资源
1. 一路原生千兆以太网，支持PoE供电（可输出5V2.4A，请勿与USB-C同时供电）；
2. 一路PCIe M.2 E-Key接口，支持WiFi7 BE200（也支持WiFi6和WiFi5），同时引出蓝牙接口；
3. 两路USB3.0-A接口；
4. 三路USB2.0接口，其中一路USB2.0-A，一路USB-C和一路1.25mm 4Pin接口（可用于内置CM4 4G模块）；
5. 一路标准HDMI输出接口，可支持4K分辨率；
6. 一路RTC接口，1.25mm-2p；
7. 一路CSI/DSI0接口，0.5mm 22Pin FPC（扩展板反面）
8. 一路PWM调速风扇接口（1.0mm-4pin），
9. 一路3.3V风扇接口(2.54mm 2Pin)；
10. 三盏LED：一盏5V电源指示灯，一盏CM5运行指示灯和一盏CM5电源指示灯；
11. 一个开关机按键；
12. 一路TF卡座，仅用于无eMMC的CM5核心板启动系统用；
13. OTG跳线，通过跳线可以使电源USB-C口进入USB gadget模式（需有软件支持）；
14. Boot跳线，用于eMMC的CM5核心板通过电源USB-C口烧写。
15. 供电：5V3A USB-C接口；
16. GPIO引脚：2.54mm 2*20PIN，完全兼容树莓派5；
17. 尺寸：70*110mm；铝合金外壳尺寸：80*113*38mm；
18. 线路板通过UL和ROHS认证。防火等级为94V-0。
三、烧写系统
本文档采用树莓派系统进行测试，使用前，先下载且安装核心板驱动，树莓派镜像烧录器以及系统：
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/wiki/5001_CM5_WiFi7-PoE/rpiboot_setup.exe
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BOOT跳线和OTG跳线用短路帽短上，如下图：
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，将系统烧录到TF卡内的分区即可。
烧写完毕后，将TF卡插入CM5 WiFi7-PoE扩展板，上电后即可进入系统。
四、树莓派系统的操作
4.1 USB口测试
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，接了一个U盘（USB 3.0设备，5000M）；
Bus 04：为USB 3.0接口，接了一个U盘（USB 3.0设备，5000M）；
Bus 05：为USB 2.0接口，接了无线键鼠（USB设备，12M）、WiFi模块的蓝牙（USB设备，12M）、CM4 4G模块（USB设备，480M）、USB读卡器（USB，480M）。
工作模式都正常。
注意，如果扩展板上的上述USB口不接设备，那lsusb里是不会出现相应的设备编号的。如Bus 005 Device 005是因为在这里接了无线键鼠才会出现，如果不接设备，就不会出现这个编号。
4.2 WiFi7测试
树莓派官方系统只支持一路WiFi，因此，若使用带WiFi功能的树莓派CM5核心板，在安装WiFi7驱动后，核心板自带的WiFi模块将自动关闭，无法使用。在此也建议可以使用不带WiFi的CM5核心板。
在树莓派终端中执行lspci，红框处即为BE200 WiFi7模组：
4.2.1 安装驱动
（此步骤同时适用于AX200和AX210）
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。
此时提示重启系统。请先不要重启。
安装固件（仅限BE200，若是AX200或AX210无需安装固件）：
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
4.2.2 测试WiFi7
重启系统后，我们就可以在网络连接里面使用WiFi7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WiFi7模块所取代。
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WiFi7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（WiFi7+四口2.5G路由器），CM5 WiFi7-PoE扩展板距离路由器约1米。
扩展板的BE200连接WiFi7无线网络，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507Mbps左右。
30个线程测速：
速度为为2.08Gbps左右。
扩展板作为server，单线程测速：
速度为为535Mbps左右。
30个线程测速：
速度为为1.67Gbps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 WiFi7(BE200)的蓝牙测试
BE200 WiFi7模组自带一个USB蓝牙接口，需要额外安装蓝牙驱动方可使用。
4.3.1 安装蓝牙驱动
在树莓派终端中运行：
cd Downloads
wget http://www.mcuzone.com/wiki/5001_CM5_WiFi7-PoE/intel.zip
sudo cp intel.zip /lib/firmware/intel && cd /lib/firmware/intel
sudo unzip intel.zip
解压时报文件名冲突时，请选择“A”，即全部替换。
然后重启系统：
sudo reboot
4.3.2 测试蓝牙
在树莓派终端中运行：
hciconfig -a
可以看到有两个设备，其中hci0是核心板自带的蓝牙（厂商为Cypress Semiconductor，为UART设备），hci1是BE200的蓝牙（厂商为Intel，为USB设备），且两个蓝牙都已经开启。
为了测试hci1，我们需要将hci0关闭，请在树莓派终端中运行：
sudo hciconfig hci0 down
（如果需要开启这个设备，请运行sudo hciconfig hci0 up）
此时我们再运行hciconfig -a，可见hci0已经关闭：
点击桌面右上方的蓝牙标志，在弹出的菜单中点击“Add Device...”：
将所需连接的设备处于可发现的状态，稍等片刻，蓝牙模块就会扫描到这个设备，这里以蓝牙鼠标为例：
选取该鼠标，点击“Pair”，稍等片刻即配对连接成功：
我们在树莓派系统中可以对该鼠标进行操作：
在树莓派终端中运行：
hcitool -i hci1 con
可查看该蓝牙所连接的设备的情况：
4.4 以太网口测试
将扩展板的网口接上级路由器，执行ifconfig -a，显示如下：
使用iperf3对千兆网口进行测速：
client模式为937Mbps左右：
server模式为948Mbps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 RTC测试
CM5核心板自带RTC，可在树莓派系统下直接使用，需外接电池，如下图所示：
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；
将系统时间写入RTC的命令是sudo hwclock -w；
将系统时间从RTC读出的命令是sudo hwclock -r。
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 风扇（PWM）测试
本扩展板带有一个具有PWM调速功能的风扇电源接口（1mm-4pin），位置位于核心板左侧（丝印标注“FUN”）。
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：
本扩展板另带有一路2.54mm 2Pin 3.3V风扇接口，位于BOOT跳线右侧，不支持风扇调速。
注意：CM5核心板支持使用这两个风扇风扇接口，CM4核心板只能使用无PWM调速功能的接口。
4.7 DSI测试
树莓派官方液晶屏分两款，不同的液晶屏使用方法不一样；这里使用的是树莓派官方第一代液晶屏，液晶屏需要独立供电。
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=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。显示效果如下所示：
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。
4.8 CSI测试
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：
4.9 4G模块测试
扩展板板载的一路1.25mm-4P USB口，可用于接4G LTE模块，使扩展板具有4G网络功能，我们测试用的是CM4 4G mini（CAT4 4G）模块：
4.9.1 4G网络测试
在树莓派系统终端下执行ifconfig -a，显示结果如下：
上图所示的eth1为CM4 4G mini（CAT4）模块；如果您使用的是CM4 4G mini（高通4G）模块，则系统识别成usb0；
执行route，查看路由表，eth1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，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，请运行：
sudo ip route del default && sudo route add -net default netmask 0.0.0.0 gw 192.168.0.1
或者重启系统即可。
其中192.168.0.1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。
4.9.3 AT命令操作
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ttyUSB0-3四个设备：
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","",""
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：
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。
4.10 按键测试
CM5 WiFi7-PoE扩展板带有一个按键，功能为开关机。
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 PoE输入测试
CM5 WiFi7-PoE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：
12W（5V 2.4A）带隔离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20W输出能力
48V输出，1,2+/3,6-供电
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QQ：8204136
电话：13957118045
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