5003 CM5 Router
关键词
树莓派、CM5核心板、WAN、LAN、千兆网络、5G、4G、RPiOS、Ubuntu、USB3.0、路由器、交换机、RTC、PWM、DSI、CSI、HDMI、OTG
一、简介
CM5 Router扩展板是一款基于树莓派CM5核心板，针对多网口应用的扩展板。具备一路5G，预留两路CM4 4G LTE（5G除外最多可以内置接3路4G；若接M.2 4G，此板可以内置4路4G LTE）。板载一路原生千兆网口和四路交换机芯片扩出来的千兆网口、一路USB3.0、四路USB2.0、一路RTC以及CSI/DSI和HDMI、40Pin GPIO等各种树莓派常规外设。
CM5 Router扩展板的电源采用USB-C口，支持PD和QC供电，PD握手在12V；且板载12V转5V电路，因此如果PD输入为12V3A，则可供电给扩展板在5V5A以上。如果只进行一些常规操作，系统总电流不超3A，也可用5V3A USB-C OTG口供电（此时5G无法使用），两个接口二选一使用。
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（会分配到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）。
二、硬件资源
1. 一路USB3.0的M.2 B-KEY接口，用于接5G模组，30*52mm尺寸，也可用于接4G模组；
2. 一路Nano SIM卡座，预留eSIM芯片位置，5*6mm封装；板载4个SMA天线座；
3. 一路原生千兆以太网；
4. 四路千兆以太网，由PCIe扩千兆以太网，再用交换机芯片扩展，这四个网口具备独立IP，但隶属于同一个网段；
5. 一路USB3.0-A；
6. 四路USB2.0，其中两路为USB-A，两路为1.25mm-4P接口，可用于扩内置4G；
7. 一路标准HDMI接口，支持4K输出；
8. 一路RTC接口，1.25mm-2P；
9. 一路CSI/DSI0接口，0.5mm 22P；
10. 四盏LED：底板PWR、底板ACT、核心板PWR、5G注网；
11. 2个按键：一个为开关机按键；一个是4路交换机千兆以太网重启按键，适用于开机一段时间后再插入网线获取不到合法IP的情况；
12. 40PIN GPIO，完全兼容树莓派5的引脚；
13. 一路TF卡座，用于无eMMC的CM5核心板启动系统（R1.2版本不支持TF卡版本CM5核心板）；
14. 一个BOOT跳线，用于烧写带eMMC的CM5核心板用；
15. 一个OTG跳线；
16. 一路USB-C OTG口，此口也可用于5V3A供电；
17. 供电：USB-C，支持PD和QC供电，握手12V；
18. 尺寸：111*135mm。
三、烧写系统
本文档采用树莓派系统和OpenWrt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：
测试的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
镜像烧录器工具的下载地址：
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：
USB-C OTG口接到电脑，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
核心板如果没有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卡取出，插入CM5_Basic扩展板的TF卡卡槽，上电后即可进入系统。
四、树莓派系统的使用
4.1 测试USB口
4.1.1 USB口识别测试
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，5000M；
Bus 04：为USB 3.0接口，5000M；
Bus 05：为USB 2.0接口，480M。
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 006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。
4.1.2 USB3.0速度测试
将一个SSD硬盘插入SSD转USB3.0硬盘盒，然后将这个硬盘盒插入扩展板的USB3.0-A口，启动系统，在这个硬盘与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 | 传输速度 |
| 硬盘->eMMC | 35.50s | 0.95Gbps |
| eMMC->硬盘 | 23.18s | 1.46Gbps |
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。
4.2 测试以太网
4.2.1 以太网的功能介绍
扩展板板载5个千兆以太网，其中一个是原生千兆网口，另外4个是由PCIe通过RTL8111H芯片扩展出一路千兆以太网，再通过交换机芯片对外引出四个千兆网口，这四个千兆网口其中任意一路需连接至上游路由器，即可为剩下的三路网口提供网络接入。
4路千兆网口旁边有一个复位按钮，按下此按钮再松开，可对这4路千兆网口进行复位。如果复位失败（即网络无法重新获取IP），建议按压按钮5秒以上，等系统中的网络图标显示断开后再松开按钮。
将原生千兆网口接上级路由器，再将4路千兆网口中的任意一个口接上级路由器：
然后在树莓派终端中执行ifconfig -a，结果如下：
4.2.2 原生千兆网测速
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
对原生千兆网口进行测速：
client模式为936Mbps左右：
server模式为948Mbps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。
4.2.3 四个千兆网口测速
将4路千兆网口中的任意两个网口分别接PC和上级路由器，使用iperf3进行扩展板网口与PC网口之间的测速：
网口在client模式为939Mbps左右：
网口在server模式为947Mbps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。
4.2.4 4路千兆网口分别接下级设备测速
将4路千兆网口中的任意两个网口分别接PC和树莓派5B，再将剩余任意一个网口接上级路由器，这样PC和树莓派5B都通过千兆网口获得上级路由器分配的IP上网。
使用iperf3进行PC与树莓派5B之间的测速：
树莓派5B做client，PC做server，为937Mbps左右：
PC做client，树莓派5B做server，为948Mbps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 5G模组测试
我司配套的5G模组出厂已经配置好，在树莓派官方系统下为免驱免拨号，系统自动识别、即插即用，如果用户自己购买的5G模组则无法直接使用。
本文档以RM520N-GL模块为例进行测试。
4.3.1 联网5G
我们将原生千兆网口和4路千兆网口的任意一个网口都插到上级路由器，CM5核心板自带的WiFi也连接上级路由器，5G组装好插SIM卡：
然后在树莓派系统终端下执行ifconfig -a，显示结果如下：
可见此时eth0（原生千兆网口）、eth1（4路千兆网口）、usb0（RM520N-GL 5G模块）、wlan0（CM5核心板自带WiFi）都已经正确获得了IP。
执行route，查看路由表，usb0排在第一位（Metric值最小），则系统默认5G优先，此时是通过5G模块上网：
此时我们ping IP和域名，均成功，说明5G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。
4.3.2 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5G网络上网。
如果你不想用5G上网，要优先通过上级路由器（即eth0（原生千兆网口）、eth1（4路千兆网口）、wlan0（CM5核心板自带无线模块）所连接的同一个路由器）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：添加上级路由器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，目前的默认路由为上级路由器的网关（按Metric值，eth1排第一位）：
这样网络就默认走上级路由器了，如果需要改回默认走5G网络，请重启系统即可。
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上级路由器，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。
4.5.3 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：2c7c 0801
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 2c7c 0801 > /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/ttyUSB2
（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","",""
4.4 RTC测试
CM5核心板自带RTC电路，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；
将系统时间从RTC读出的命令是sudo hwclock -r；
将系统时间写入RTC的命令是sudo hwclock -w。
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）。
4.5 PWM风扇测试
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
4.6 DSI测试
我们测试用的液晶屏是树莓派官方第一代液晶屏，液晶屏需额外独立供电，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：
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。
4.7 CSI测试
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
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：
4.8 4G模块测试
4.8.1 联网4G
板载USB口1.25mm-4P，可接我司配套的CM4 4G mini模块：
这里测试用的是CAT4 4G，在树莓派终端中执行lsusb，显示如下，红框中即为4G：
执行ifconfig -a，显示如下：
eth2为Cat4 4G，已获取了IP地址。
执行route，可见eth2排在第一位，因此优先通过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：
4G的AT命令操作方法与5G模组的操作相同，请参阅4.3节，只是查检查天线信号质量的AT命令不一样，为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。
4.8.2 联网其它4G型号
我司高通4G模块，在树莓派系统里自动识别成USB设备，和5G一样。板载的1.25mm-4p USB口接高通4G模块，M.2 B-KEY仍旧接RM520N-GL模组，系统会自动排序，默认5G优先，如下：
板载1.25mm-4p的USB口接高通4G，M.2 B-KEY接ZTE CAT4 4G模块，显示如下：
此扩展板可最多同时接4个4G，如下：
4.8.3 修改4G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。
4.9 开关机按键测试
CM5 Router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。
五、OpenWrt系统的使用
本文档采用的OpenWrt系统是经Mcuzone所编译的，版本为：openwrt-bcm27xx-bcm2712-rpi-5-squashfs-sysupgrade-linux-6.6.67-20250105.img.gz。
本文档以RM520N-GL模块为例进行测试。
默认状态下，系统将5G模块配置为WAN口，扩展板上的原生千兆网口被配置成LAN口，4个千兆网口未配置。
5.1 登录系统
将原生千兆网口插在PC上，系统启动后，我们在Windows设置中找到网络和Internet，在以太网中打开连接的网络查看默认网关的IP地址，这个地址就是OpenWrt系统的后台配置页面地址，如图所示，本文测试的地址为192.168.1.1：
然后打开网页浏览器输入192.168.1.1，进入OpenWrt系统。默认用户名为root，默认密码为password：
5.2 配置LAN口和有线WAN口
现在我们需要将4路千兆网口配置成LAN口，而将原生千兆网口配置成WAN口。
点击“服务 - 终端”，登录终端，默认用户名root，密码password：
执行ifconfig -a，结果如下：
进入“网络 - 接口 -设备”，点击“br-lan”后面的“配置”：
点开“网桥端口”后面的下拉菜单，将eth0前面的勾去掉，将eth2前面的勾打上，然后点击“保存”：
点击顶部栏目的“接口”：
点击“添加新接口...”
按下图进行配置（“名称”可以自定义），设备选择“eth0”，然后点击“创建接口”：
点击“防火墙设置”，在“创建/分配防火墙区域”中，选择wan，然后点击“保存”：
这样我们就把原生千兆网口配置成了WAN口，4路千兆网口配置成了LAN口，同时5G模组默认就配置成了WAN口。
点击“保存并应用”：
稍等片刻后将原生千兆接上级路由器，4千兆的任何一个网口接PC，重启系统。
重新登录OpenWrt系统的管理页面，进入“网络 - 接口”：
此时LAN口为br-lan，即4路千兆网口（eth2）；
有线WAN口为原生千兆网口（eth0）；
5G模组（eth1）默认配置成为WAN口。
5.3 测试5G网络
5.3.1 5G网络稳定性测试
我们在PC端测试5G网络的稳定性，执行ping www.mcuzone.com共计60925次，仅丢失一次，平均往返行程时间47ms，结果非常稳定：
5.3.2 5G网络速度测试
我们在PC端测试5G网络的速度，打开https://test.ustc.edu.cn/进行网速测试，结果如下：
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