5002 CM5 Basic/AI/Lora/4G
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关键词
树莓派、CM5核心板、NVME SSD、AI、LoRa、4G LTE、miniPCIe、双网口、RPiOS、Ubuntu、USB3.0、RTC、PWM、DSI、CSI
一、简介
CM5_Basic是一款基于树莓派CM5设计的具备常规外设的基础款扩展板，并新增了miniPCIe接口的4G接口和USB百兆网口以及TF/SD读卡器。可理想用于低成本数据/图像采集、存储、处理、传输应用。
扩展板板载一路PCIe M.2 M接口，支持NVME SSD，同时也支持Halio8 Ai模块。板载miniPCIe接口，支持多块4G型号，均免驱免拨号，系统自动识别；R1.4版本的此接口还支持LoRa模组。板载一路USB TF读卡器电路，即实现TF卡存储功能；扩展板供电采用宽电压9-24V DC供电，支持树莓派CM5全系列核心板，支持eMMC烧写。
二、硬件资源
| CM5接口 | 适用于树莓派CM5核心板所有版本，接插件为DF40HC3.0； |
| 以太网口 | 2路：一路原生千兆以太网，一路百兆以太网； |
| miniPCIe接口 | 1路USB miniPCIE接口，配Nano SIM卡座，可用于接4G LTE，4G模组可选配GPS功能及SMA天线座；R1.4版本此接口也可以用于接LoRa模块； |
| 存储接口 | 1路M.2 M-KEY接口NVME SSD，支持PCIe x1 Gen2和Gen3模式，支持2280/2242/2230，默认焊接2280固定柱；不支持SATA和GNFF；
1路USB2.0扩展的SD接口，可用于扩展外部存储，不支持启动系统； |
| USB口 | 2路USB3.2-A HOST，可用于连接5G、移动硬盘等高速外设；
3路USB2.0 HOST高速接口；其中2路USB-A，1路1.25mm-4P USB口，可用于扩展第二路4G LTE； |
| 实时时钟 | 1路RTC，1.25mm-2Pin接口（电池需用户自备）； |
| 显示 | 1路标准HDMI输出接口；
2组CSI/DSI组合接口； |
| 按键 | 1个开关机按键； |
| LED | 1盏电源指示灯；
2盏CM5指示灯（电源灯和状态灯）； 2盏4G指示灯（电源和注网灯）； |
| 其他 | 1路PWM可调速风扇接口，1.0mm-4Pin；
40-pin GPIO接口，2.54mm-2*20，完全兼容树莓派5的IO ； |
| 系统烧写 | 1路TF卡座，仅用于无eMMC的核心板启动系统用；
1路BOOT跳线，用于eMMC核心板烧写系统用，USB-C口烧写； |
| 电源 | 9-24V宽电压供电，DC5.5-2.1接口；
也可以USB-C 5V3A供电，二选一使用； |
| 尺寸 | 110*135mm，R1.2版本起均为四层板设计，板材通过UL和ROHS认证，防火等级94V-0； |
| 外壳 | 全铝合金外壳，带固定支架孔，方便安装，尺寸：155（内138）*114*32mm。 |
| 线路板 | TF | LoRa | |
|---|---|---|---|
| R1.1 | 2层板 | 不支持，仅限emmc核心板 | 不支持 |
| R1.2 | 4层板 | 支持，支持所有版本核心板 | 不支持 |
| R1.4 | 4层板 | 支持，支持所有版本核心板 | 支持 |
三、烧写系统
本文档采用树莓派系统进行测试，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
对于带eMMC的核心板，系统烧写在eMMC内；不带eMMC的核心板，则系统烧写在TF卡内，也可以烧到NVMe SSD。
使用带eMMC的核心板，烧写前请将扩展板的USB-C接到电脑，BOOT跳线用短路帽短上，如下图：
烧写完成后，短路帽拔掉，重新上电，即可启动系统。
烧写方法请参阅：
四、树莓派OS的操作
4.1 测试USB口
4.1.1 USB口识别测试
在扩展板的USB口插上USB设备：
在树莓派终端中执行lsusb，显示如下：
识别都正常，如果USB口上没有外接设备，对应的设备编号都不会出现，只有USB HUB。
随后输入lsusb -t查看USB口的工作模式是否正常：
Bus 02/04：两路USB 3.0接口，5000M；
Bus 05：扩展的USB 2.0 HUB接口，480M。
4.1.2 测速USB3.0
将这两个USB3.0硬盘盒（均为NVMe SSD）插入扩展板的两个USB3.0-A口；启动系统，在这两个USB硬盘和核心板的eMMC之间拷贝大文件，文件为单个zip文件，大小为4.22GB，即33.75Gb。测试结果如下：
| 数据传输方向 | 耗时s | 传输速度MB/s | 传输速度Gbps |
| 硬盘1->硬盘2 | 15.6 | 270.00 | 2.16 |
| 硬盘2->硬盘1 | 13.27 | 317.50 | 2.54 |
| 硬盘1->eMMC | 35.92 | 117.50 | 0.94 |
| eMMC->硬盘1 | 14.01 | 301.25 | 2.41 |
| 硬盘2->eMMC | 36.06 | 117.50 | 0.94 |
| eMMC->硬盘2 | 14.13 | 298.75 | 2.39 |
注意：USB3.0接口的读写速度受硬盘质量、接口状态、硬盘上的文件存储情况等多种因素影响，以上测试结果仅供参考，不作为实际产品的最终参数。
4.1.3 测速USB2.0
将这两个USB硬盘盒（分别为SATA和NVMe硬盘）插入扩展板的两个USB2.0-A口，启动系统，在这两个USB硬盘和核心板的eMMC之间拷贝大文件，文件为单个zip文件，测试结果如下：
| 数据传输方向 | 耗时s | 传输速度MB/s | 传输速度Gbps | 包大小Mb |
| NVME->SATA | 46.19 | 200.41 | 1.60 | 9256.96 |
| SATA->NVME | 45.99 | 201.28 | 1.61 | 9256.96 |
| NVME->eMMC | 32.47 | 285.09 | 2.28 | 9256.96 |
| eMMC->NVME | 15.1 | 613.04 | 4.90 | 9256.96 |
| SATA->eMMC | 173.45 | 288.1 | 2.30 | 49971.2 |
| eMMC->SATA | 22.14 | 418.11 | 3.34 | 9256.96 |
注意：USB2.0接口的读写速度受硬盘质量、接口状态、硬盘上的文件存储情况等多种因素影响，以上测试结果仅供参考，不作为实际产品的最终参数。
4.2 测试SSD硬盘
若使用无eMMC的树莓派CM5核心板，SSD可以启动系统，烧写和使用方法见烧写章节。此处将硬盘作为数据存储功能的测试。
4.2.1 SSD硬盘做数据存储
上电启动系统，在树莓派终端中执行lspci，查看SSD硬盘信息：
然后需要对SSD硬盘进行授权，在File Manager中点击SSD分区，会弹出授权框，填入当前账户的密码进行授权：
注意：点击的第一个分区需要输入密码进行授权，其它分区只需要点击即可完成授权。
授权完毕后，在桌面会显示分区：
在树莓派终端中输入df，即可查看SSD硬盘分区信息：
我们可以看到两个SSD分区名为nvme0n1p1、nvme0n1p2。
4.2.2 测速PCIe Gen2的SSD硬盘
默认状态下，SSD硬盘运行在 PCIe Gen2下。
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
| 次数 | 传输速度MB/s |
| 1 | 451.06 |
| 2 | 450.92 |
| 3 | 450.62 |
| 4 | 450.85 |
| 5 | 450.91 |
| 平均 | 450.87（约等于3.6Gbps） |
4.2.3 测速PCIe Gen3的SSD硬盘
首先在树莓派OS终端中输入sudo nano /boot/firmware/config.txt，在最后一行加入下列代码：
dtparam=pciex1_gen=3
保存后退出并重启系统，这样就切换到了PCIe Gen3。
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
| 次数 | 传输速度MB/s |
| 1 | 847.35 |
| 2 | 846.17 |
| 3 | 839.99 |
| 4 | 847.28 |
| 5 | 840.90 |
| 平均 | 844.34（约等于6.8Gbps） |
可见在PCIe Gen3下的SSD硬盘的接口速度是PCIe Gen2下的测试数值的2倍。
4.3 测试USB SD卡
扩展板上的SD接口，可用于扩展外部存储。
插入SD卡，在系统中可以看到SD卡上的分区：
运行命令df，查看分区信息：
可见SD卡的两个分区名为：sda1、sda2。
使用hdparm对SD卡进行接口测速，运行命令，可多次运行，测试多次SD卡速度：：
sudo hdparm -t /dev/sda
结果如下：
可见SD卡的接口速度为32MB/s左右。
使用SD卡与eMMC之间互相拷贝大文件，文件为单个zip文件，文件大小为9256.96Mb，读写速度结果如下：
| 数据传输方向 | 耗时s | 传输速度Mbps |
| SD->eMMC | 35.79 | 258.65 |
| eMMC->SD | 49.37 | 187.50 |
注意：SD卡的接口速度受SD卡质量、SD卡上的文件存储情况等多种因素影响，以上测试结果仅供参考，不作为实际产品的最终参数。
4.4 测试以太网口
将网线插入百兆网口，执行ifconfig -a，显示如下：
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
对百兆网口进行测速：
client模式为93.8Mbps左右：
server模式为95Mbps左右：
将网线从百兆网口切换到千兆网口，使用iperf3对原生千兆网口进行测速：
client模式为938Mbps左右：
server模式为949Mbps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。
4.5 测试RTC
CM5核心板自带RTC，扩展板上需外接电池，可在树莓派系统下直接使用。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内部的时间仍会正确计时，下一次上电启动后，即使不联网更新，也会保持正确时间。如果未正确接上RTC电池，则断电后将会恢复到默认时间（1970年1月1日）。
4.6 测试PWM风扇
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：
如果需要自定义风扇的转速和运行的温度范围，请打开终端，运行下列命令：
sudo nano /boot/firmware/config.txt
在文件末尾加入下列语句：
dtparam=cooling_fan=on
dtparam=fan_temp0=50000,fan_temp0_hyst=5000,fan_temp0_speed=255
其中：
fan_temp0=50000，50000为表示温度，这里是50摄氏度；
fan_temp0_hyst=5000，5000表示迟滞温度，这里是5摄氏度；
fan_temp0_speed=255，255表示风扇转速，最高为255。
可以写入多段温度及相对应的风扇转速，每一段另起一行，使用不同的序号数字来区分，例如：
dtparam=fan_temp1=36000,fan_temp1_hyst=5000,fan_temp1_speed=128
4.7 测试DSI
树莓派官方两代液晶屏，第一代液晶屏的分辨率为800*480，第二代液晶屏的分辨率为1280*720，两代液晶屏均需独立供电。
4.7.1 树莓派第一代液晶屏
将液晶屏接到扩展板的CSI/DISP 0，上电启动系统，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：
4.7.2 树莓派第二代液晶屏
将液晶屏接到扩展板的CSI/DISP 0，上电启动系统，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。
4.7.3 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。
注意3：如果需要使用CSI/DISP 1，就需要将语句中的dsi0改成dsi1。
4.8 测试CSI
我们使用的是OV5647摄像头，接口为CSI0，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
（如果使用CSI/DSI 1接口，请将cam0改成cam1）
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 测试MiniPCIe 4G LTE
我司配套的多款4G模块均可即插即用免驱免拨号。我们的4G型号有CAT4 4G、高通4G、高通4G-GPS、ZTE CAT4 4G和移远EC20 GPS语音简版。其中CAT4 4G和ZTE CAT4 4G，系统均自动识别成eth设备，高通4G/高通4G-GPS和EC20均自动识别成usb0。
4.9.1 识别4G
测试以高通4G为例，在树莓派系统终端下执行ifconfig -a，显示结果如下：
上图所示的usb0即为4G模块，高通4G LTE；若是国产CAT4 4G/ZTE CAT4，则系统识别成eth2（2位置上的数字依其它有线网络的数目而定）。
测试4G联网，如果板载两路网口也接路由器，那先看路由表，执行route，显示如下：
看到eth1排在第一位，表示系统优先是通过百兆网口上网；把百兆网口的网线拔了，重启系统，执行route，查看路由表，usb0排在第一位，表示优先通过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 4G的GPS操作
高通4G-GPS和EC20 GPS语音简版，这两款4G均支持GPS功能。高通4G需要配无源GPS天线，EC20 4G需要配有源GPS天线，GPS天线都需要甩到窗户外面，方可获得卫星定位。
4.9.2.1 高通4G-GPS操作
输入命令lsusb，如下图所示：
记下4G模块的ID值：05c6 90b6
使用下列命令打开ttyUSB串口（其中echo后面的值就是上面的ID值）：
sudo modprobe option
sudo sh -c 'echo 05c6 90b6 > /sys/bus/usb-serial/drivers/option1/new_id'
执行以上两条命令后系统应该会多出ttyUSB0-2三个设备，输入ls /dev可以查看：
运行minicom，打开ttyUSB0串口：
sudo minicom -D /dev/ttyUSB0
并运行：
at+gtgpsepo=1 //开启AGPS
at+gtgpspower=1 //打开GPS
稍等片刻待定位成功，运行：
at+gtgps? //查看NMEA信息
就可以看到GPS信息输出：
4.9.2.2 EC20-GPS操作
输入命令lsusb，如下图所示：
记下4G模块的ID值：2c7c 0125
使用下列命令打开ttyUSB串口（其中echo后面的值就是上面的ID值）：
sudo modprobe option
sudo sh -c 'echo 2c7c 0125 > /sys/bus/usb-serial/drivers/option1/new_id'
执行以上两条命令后系统应该会多出ttyUSB0-3四个设备，输入ls /dev/ttyUSB*可以查看：
运行minicom，打开ttyUSB3串口：
sudo minicom -D /dev/ttyUSB3
并运行：
AT+QGPS=1 //打开GPS
运行成功后打开ttyUSB1：
sudo minicom -D /dev/ttyUSB1
就可以看到该串口有GPS信息输出，稍等片刻即可定位：
4.9.3 4G的其它测试
详情请点击下面的链接：
4.10 开关机按键测试
CM5_Basic扩展板带有一个开关机按键，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 HDMI测试
CM5_Basic扩展板的HDMI接口支持4K输出，显示效果如下图所示：
4K分辨率（3840*2160）
对比一般的1080p分辨率（1920*1080）
4.12 LoRa测试
扩展板R1.4版本新增支持LoRa功能，使用的LoRa模组型号为：E22 400T30E，USB接口模式，将M0和M1短路帽短接，即可在系统下看到的LoRa设备是一个USB转串口设备ttyUSB0。注意，这里我们只演示ttyUSB串口的收发操作，具体的LoRa模块配对和参数设置请参考LoRa模组的用户手册。
我们通过配置两块CM5_Basic扩展板+LoRa模组（取名为A和B），进行透传模式演示。
上电启动系统，在任意一块扩展板的树莓派系统下，输入ls /dev/tty*，查看LoRa模块的串口设备，为ttyUSB0：
安装图形化串口软件CuteCom：
sudo apt install cutecom
在A的CuteCom窗口中输入信息（Mcuzone_Lora_A），则B的CuteCom窗口中就接收到A所输入的信息；在B的CuteCom窗口中输入信息（Mcuzone_Lora_B），则A的CuteCom窗口中就接收到A所输入的信息；：
五、Ubuntu的操作
六、选配件
6.1 NVME转WiFi7转接板
扩展板板载一路M.2 M-key接口，用NVME转WiFi7转接板来实现一路WiFi7接口，支持WiFi7（BE200），WiFi6E（AX210），WiFi6（AX200）且可以实现蓝牙功能：
树莓派官方OS只支持一路WiFi，对于自带WiFi功能的树莓派CM5核心板，在安装WiFi7驱动后，CM5的WiFi将自动关闭。在此也建议使用不带WiFi的CM5核心板，我们测试用BE200。
在树莓派终端中执行lspci，红框处即为BE200 WiFi7模组：
6.1.1 WiFi7测试
6.1.1.1 安装WiFi驱动
（注意：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：
【请购买开发板的用户联系我们获取源码！】
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
6.1.1.2 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。
6.1.2 WiFi7(BE200)的蓝牙测试
BE200 WiFi7模组自带一个USB蓝牙接口，此时要将蓝牙USB口接到扩展板的USB2.0上（如下图），且需要额外安装蓝牙驱动方可使用：
6.1.2.1 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
6.1.2.2 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：
6.2 NVME转AI TPU模组
CM5_Basic扩展板板板载一路M.2 M-key接口，用NVME转WiFi6转接板来实现TPU功能，具体操作步骤请参阅这里。
注意：树莓派系统的版本需要是2024-11-19-raspios-bookworm-arm64.img.xz或者2024-07-04-raspios-bookworm-arm64.img.xz，如果在2025-05-13-raspios-bookworm-arm64.img.xz系统下安装，会在安装gasket-dkms_1.0-18_all.deb报如下错误：
此时换回老版本系统即可。
6.3 NVME转AI Hailo8模组
CM5_Basic扩展板板板载一路M.2 M-key接口，可直插HAILO 8L AI模块，配合摄像头模块（本文使用OV5647摄像头，接在CSI/DISP 0接口上）即可实现图像识别检测功能，具体操作步骤请参阅这里。
注意：树莓派系统的版本需要是2024-05-13-raspios-bookworm-arm64.img.xz或者2024-07-04-raspios-bookworm-arm64.img.xz，如果在2025-11-19-raspios-bookworm-arm64.img.xz系统下安装，会在执行hailortcli fw-control identify时报错，无法识别AI模块。此外，在2025-11-19-raspios-bookworm-arm64.img.xz系统下安装时，无需配置固件。
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