5004 CM5IO Plus

关键词

树莓派、CM5核心板、NVME SSD、千兆以太网、百兆以太网、RPiOS、USB3.0、USB2.0、4G、mini PCIe、SSD、RTC、PWM、DSI、CSI、双HDMI

一、简介

CM5IO_Plus扩展板是是在树莓派CM5官方IO板基础上外扩一路USB HUB而来，采用兼容树莓派原装CM5IO板的尺寸设计，新增了USB2.0和百兆以太网接口以及用于扩展存储的TF卡接口，还预留了PoE模块和CM4尺寸4G安装位置。

CM5IO_Plus扩展板是四层板设计，具备双HDMI、千兆+百兆双网络、双USB3.0+四路USB2.0、支持PoE供电、M.2 SSD并可进一步转接WiFi7和2.5G以太网。同时可选配多款基于40Pin的工业接口扩展板和4G等USB扩展模块。

二、硬件资源

1. 支持全系列树莓派CM5核心板，DF40HC3.0接插件，CM4也可使用但USB3.0接口无效；

2. 一路原生千兆以太网，支持PoE；板载可选配PoE模组，5V4.5A；

3. 一路百兆以太网接口；

4. 两路USB3.0接口；

5. 四路USB2.0接口，其中两路USB-A接口，两路1.25mm-4Pin USB接口；

6. 一路NVME SSD固态硬盘接口，支持2230/2242/2260/2280尺寸，默认焊接2280固定柱；

7. 两路DSI/CSI组合接口；

8. 两路TF卡，其中一路仅用于无eMMC的CM5核心板启动系统用（带eMMC核心板无效），一路为USB SD，存储扩展接口；

9. 一路实时时钟RTC接口，1.25mm-2Pin；

10. 两路标准尺寸HDMI接口；

11. 两路风扇接口，一路PWM FAN（1.0mm-4Pin），一路5V接口（2.54mm-2Pin）；

12. 四盏LED灯，分别为电源灯、CM5核心板电源灯、运行灯和SSD灯；

13. 3组排针跳线；

14. GPIO接口，2.54mm 2*20pins，完全兼容树莓派5的GPIO；

15. 一个电源按键；

16. 尺寸:160*90mm，四层板设计，板材通过UL和ROHS认证，防火等级94V-O；

17. 可选钣金外壳。

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

带eMMC的核心板，系统烧写在eMMC内，不带eMMC的核心板，系统烧写在TF卡内，也可以烧到NVMe SSD。

使用带eMMC的核心板，烧写前请将电源USB-C接到电脑，板上的OTG和BOOT跳线用短路帽短上，上电后板子下方的PWR灯微微亮起，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：

烧写系统的方法

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。

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 004在这里是因为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。

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，5000Mbps；

Bus 04：为USB 3.0接口，5000Mbps；

Bus 05：为USB 2.0接口，480Mbps。

4.1.2 测速USB3.0

将USB的NVME SSD硬盘盒插入扩展板的USB3.0-A口，同时扩展板上插NVME SSD硬盘。启动系统，在这两个硬盘之间拷贝大文件，测试结果如下：

数据传输方向	耗时s	包大小MB	传输速度MB/s	传输速度Gbps
USB3.0 NVME->扩展板SSD	5.89	2048	347.71	2.78
扩展板SSD->USB3.0 NVME	7.55	2048	271.26	2.17
USB3.0 NVME->扩展板SSD	41.1	10240	249.15	1.99
扩展板SSD->USB3.0 NVME	42.14	10240	243	1.94

4.1.3 测速USB2.0

将USB的NVME SSD硬盘盒插入扩展板的USB2.0-A口，同时扩展板上插NVME SSD硬盘。启动系统，在这两个硬盘之间拷贝大文件，测试结果如下：

数据传输方向	耗时s	包大小MB	传输速度MB/s	传输速度Gbps
USB2.0 NVME->扩展板SSD	60.79	2048	33.69	0.27
扩展板SSD->USB2.0 NVME	39.45	2048	51.91	0.42
USB2.0 NVME->扩展板SSD	304.64	10240	33.61	0.27
扩展板SSD->USB2.0 NVME	306.01	10240	33.46	0.27

4.2 测试SSD硬盘

4.2.1 SSD硬盘的识别

扩展板上接一个NVME SSD硬盘，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，如有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 测试SSD硬盘接口速度（PCIe Gen2）

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

这里运行了5次，具体数据见下：

次数	传输速度MB/s	传输速度Gbps
1	450.95	3.61
2	451.04	3.61
3	451.02	3.61
4	450.97	3.61
5	451.01	3.61
平均	451	3.61

4.2.3 测试SSD硬盘接口速度（PCIe Gen3）

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

这里运行了5次，具体数据见下：

次数	传输速度MB/s	传输速度Gbps
1	875.11	7.00
2	880.84	7.05
3	877.09	7.02
4	875.91	7.01
5	883.57	7.07
平均	878.5	7.03

可见在PCIe Gen3下的SSD硬盘的接口速度与在PCIe Gen2下的测试数值相比，有明显的提高。

4.3 测试以太网

扩展板的原生千兆以太网插上级路由器，执行ifconfig，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

4.3.1 千兆以太网测速

使用iperf3对原生千兆以太网进行测速：

client模式为938Mbps左右：

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。

4.3.2 百兆以太网测速

使用iperf3对百兆以太网进行测速：

client模式为93.7Mbps左右：

server模式为94.7Mbps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。

4.4 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：

【加图】

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）。

4.5 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

4.6 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。

4.6.1 树莓派官方第一代液晶屏

将屏连接线插入扩展板背后的CAM/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

（使用接口为CAM/DISP 0，如果使用CAM/DISP 1接口，请将dsi0改成dsi1）

保存后重启系统，即可使用树莓派官方7寸触摸屏。

4.6.2 树莓派官方第二代液晶屏

连接好硬件后，给扩展板上电。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-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。

4.6.3 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CAM/DISP 1，就需要将语句中的dsi0改成dsi1。

4.7 测试CSI

我们使用的是OV5647摄像头，接口为CAM/DISP 0，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CAM/DISP 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：

4.8 测试外接4G模组

我司配套的4G模组均具有免驱免拨号、系统自动识别、即插即用等功能。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设备。

将4G模组的1.25mm-4p接口与CM5IO_Plus扩展板的1.25mm-4p接口相连：