0010 MPSD2.5GD
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关键词
树莓派5、PCIe扩展、Raspberry Pi5、SSD启动、NAS、测速、固态硬盘、Switch、RTL8125、2.5Gbps以太网、iperf3测速
一、简介
MPSD2.5GD扩展板是针对树莓派5设计的双SSD加双2.5Gbps以太网扩展板，通过PCIe switch芯片实现PCIe一扩四设计，采用16pin弯PCIe屏蔽线和树莓派5连接。其中两路PCIe用于接M.2 M-KEY NVMe SSD固态硬盘，支持2280/2242/2230；另两路通过RTL8125扩展2.5G以太网。
MPSD2.5GD扩展板需要独立供电，可通过USB-C接口供电或DC5.5接口宽电压供电（支持7-24V宽电压输入），再通过USB C-C小板对树莓派5供电，板载PD协议芯片，可与树莓派5完成5V5A PD握手。MPSD2.5GD扩展板适用于各种海量存储、网关、软路由等应用。
二、硬件资源
2.1 硬件资源
1. 通过PCIe Switch芯片实现PCIe一扩四，使用0.5mm 16P 弯PCIe屏蔽线和树莓派5连接；
2. 采用PCIe接口扩展两路2.5Gbps以太网（RTL8125）；在树莓派官方OS和Openwrt系统下免驱，Ubuntu系统下需安装驱动；
3. 采用PCIe接口扩展两路NVMe协议的SSD固态盘接口；支持2230/22242/2280尺寸（默认焊接2280固定柱），仅支持PCIe 2.0 x1 Gen2，不支持SATA和GNFF硬盘；
4. 硬盘可用于存储扩展，也可支持从SSD启动，需更新树莓派官方固件至2024.5.13及以后版本；
5. 可通过USB-C供电，建议5V5A，至少5V3A；也可通过DC5.5接口供电，9-24VDC输入；
6. 板载PD握手芯片，可搭配USB C-C小板给树莓派5供电和5V5A握手；
7. 一个开关机按键；
8. 预留SMA天线座；
9. 2.54mm 2Pin风扇接口；
10. 尺寸：138*86*17mm
11. 可选钣金外壳。
2.2 供电方式
1. 扩展板需独立供电，可以7-24V宽电压DC5.5-2.1供电或5V USB Type-C口供电，二者不可同时使用！
2. 树莓派5可以独立供电，也可以直接用此扩展板供电。
具体供电方式如下：
1. 树莓派5不供电，仅靠此扩展板直接供电，则需通过底板的2.54mm-2p电源口接到树莓派5的40pin GPIO。
1) 如果使用板载USB Type-C口供电，必须要满足5V5A；
2) 如果使用DC5.5-2.1供电，支持7-24V宽电压，比如12V2A；
通过扩展板直接供电，操作系统会提示此电源不支持5V5A，但是不影响使用；如果要解除系统提示此电源不支持5V5A，可以插一个我司配件PD Dongle适配器。
2. 当树莓派5独立供电时，此时不能接扩展板的2p线到树莓派40Pin GPIO，此时建议树莓派5必须5V5A供电。
三、树莓派系统的使用
3.1 烧写系统
树莓派OS的版本为2024-07-04-raspios-bookworm-arm64.img.xz，树莓派OS下载地址：
https://www.raspberrypi.com/software/operating-systems/#raspberry-pi-os-64-bit
系统烧写在TF卡或SSD内。
烧写方法请参阅：
SSD用于系统启动时的优先级：
将树莓派OS烧写进SSD，然后拔掉TF卡，或者在启动顺序设置中，把从NVMe（SSD）启动设置成第一位。
经我们的测试，单个SSD插在任何一个SSD插槽上均可启动系统（横向插槽是04插槽，竖向插槽06插槽）；若两个插槽都插上SSD，如果只有一个SSD烧写了系统，那将从烧写了系统的SSD启动，若两个SSD都烧写了系统，则将从04插槽优先启动系统。插槽在扩展板上的位置如下图所示：
两个插槽的具体信息，可以在终端中输入lspci来查看：
3.2 SSD作为存储扩展
3.2.1 添加新硬盘
TF卡启动树莓派OS。在树莓派OS中，打开File Manager，我们可以看到SSD的分区。如下图所示：
如果需要对SSD操作，请点击分区图标，此时需要输入系统密码，然后点击“Authenticate”，授权成功后即可对SSD进行操作：
此时回到桌面，就可以看到SSD分区的快捷图标：
同时在终端中输入df，也可以看到SSD分区，我们可以将这个SSD作为存储设备。
如果还需要对添加的硬盘进行分区，我们可以参考以下链接：
3.2.2 查看SSD硬盘状态
扩展板搭配2个SSD硬盘，在树莓派OS中对SSD硬盘进行授权后，打开File Manager，我们可以看到两个SSD的分区（注意，分区的个数以硬盘分区的实际情况为准，这里测试的是每个硬盘只分了一个分区），桌面上也有两个SSD的分区的快捷图标。如下图所示：
在树莓派终端中输入df命令，我们也可以看到两个SSD的分区信息，我们可以将这个SSD作为存储设备：
3.2.3 对SSD硬盘进行测速
因为MPSD2.5GD扩展板无法工作在PCIe Gen3模式下，，所以我们无需更改PCIe模式，直接使用hdparm软件测试速度即可。
安装硬盘测速软件hdparm，在树莓派终端下运行：
sudo apt install hdparm
在上一节的分区信息中，我们可以看到两个SSD分区名为nvme0n1p1、nvme1n1p1。
▶ 测试单条SSD硬盘：
将一条SSD硬盘分别插入两个SSD插槽，都能正确识别。
运行接口测速命令，可多次运行，测试多次硬盘接口速度：
sudo hdparm -t /dev/nvme0n1p1
| 次数 | 传输速度MB/s |
| 1 | 430.12 |
| 2 | 430.07 |
| 3 | 430.05 |
| 4 | 430.09 |
| 5 | 430.05 |
| 平均 | 430.08 （约等于3.36Gbps） |
▶ 测试两条SSD硬盘：
将两条SSD硬盘，分别插入两个SSD插槽，都能正确识别。
对两条硬盘分别进行测速。
硬盘1：
| 次数 | 传输速度MB/s |
| 1 | 430.31 |
| 2 | 429.78 |
| 3 | 430.10 |
| 4 | 430.13 |
| 5 | 430.53 |
| 平均 | 430.17 （约等于3.36Gbps） |
硬盘2：
| 次数 | 传输速度MB/s |
| 1 | 430.71 |
| 2 | 430.90 |
| 3 | 430.86 |
| 4 | 430.83 |
| 5 | 430.81 |
| 平均 | 430.82 （约等于3.37Gbps） |
注意：硬盘运行速度受硬盘质量、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。
在两条硬盘之间，使用Linux自带的dd命令拷贝大文件，文件为单个文件。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 |
| 硬盘1->硬盘2 | 35.89 | 278.63 | 2.18 | 10000 |
| 硬盘2->硬盘1 | 28.04 | 356.63 | 2.79 | 10000 |
注意：SSD的控制器好坏和SSD的新旧程度以及SSD的容量大小都会影响读写速度，请以实际为准。
3.3 2.5G以太网测试
3.3.1 Internet网络测试
MPSD2.5GD扩展板上的2.5G网口在树莓派OS下即插即用，系统起来后，在树莓派终端中输入ifconfig -a命令，两个网口分别被识别为eth1和eth2：
对两个网口分别连外网（200M宽带）测速，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。
3.3.2 2.5G内网测试
安装网络测速工具iperf3：
sudo apt install iperf3
利用iperf3，通过2.5G路由器，在树莓派OS与PC之间进行测速。
eth1测速结果如下：
当树莓派OS作为Client时，速度大约为2.02Gbps：
当树莓派OS作为Server时，速度大约为1.85Gbps：
eth2测速结果如下：
当树莓派OS作为Client时，速度大约为2.02Gbps：
当树莓派OS作为Server时，速度大约为1.84Gbps：
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。
3.3.3 固定2.5G网口的MAC地址
2.5G网口为RTL8125网卡，在使用过程中的MAC地址是不固定的，每次重新上电后MAC地址都会随机改变。下面讲解如何为RTL8125网卡设置固定MAC地址。
本讲解也适用于Ubuntu系统。
首先在树莓派终端中查看RTL8125网卡的识别信息：
ipconfig -a
这里两块RTL8125网卡分别为eth1和eth2，实际操作中可能会因为系统识别名称不同而不同。
然后输入：
sudo mousepad /etc/systemd/system/macspoof@eth1.service
或：
sudo nano /etc/systemd/system/macspoof@eth1.service
eth1为上面显示的网卡识别名称。
运行上面的命令后会新建一个文档，输入以下文本：
[Unit]
Description=MAC Address Change %I
Wants=network-pre.target
Before=network-pre.target
BindsTo=sys-subsystem-net-devices-%i.device
After=sys-subsystem-net-devices-%i.device
[Service]
Type=oneshot
ExecStart=/usr/bin/ip link set dev %i address xx:xx:xx:xx:xx:xx
ExecStart=/usr/bin/ip link set dev %i up
[Install]
WantedBy=multi-user.target
其中“xx:xx:xx:xx:xx:xx”为想要指定的MAC地址，可以按MAC地址格式自行确定（不要和其它网络设备重复），设置完成后保存并退出。
随后输入下面的命令使能服务：
sudo systemctl enable macspoof@eth1.service
sudo systemctl start macspoof@eth1.service
这样就完成了对eth1的固定MAC地址。
对如eth2这样的其它网卡，也是按照上述步骤进行操作。
全部操作完毕后重启系统，系统重启完毕后，执行ipconfig -a即可看到MAC地址更改成功：
3.4 2.5G网络下的SSD读写速度测试
3.4.1 安装SAMBA文件共享服务
SAMBA是一个在Windows和Linux之间分享文件的软件，我们可以利用它在Windows和树莓派通过以太网传输文件，以用来测试网络的网速。
安装SAMBA：
sudo apt install samba
修改SAMBA配置文件，添加共享节点：
sudo nano /etc/samba/smb.conf
在文件末尾加上共享节点：
[pi5]
comment = pi5 filesystem
path = /
available = yes
browseable = yes
public = yes
guest ok = yes
writable = yes
create mask = 0644
directory mask = 0755
valid users = mcuzone
force user = mcuzone
force group = mcuzone
最后3行的“mcuzone”代表树莓派系统的登录用户名，请按照实际修改。
添加完毕后保存文件，然后退出。
给用户名“mcuzone”加上samba权限（需要输入一个自定义的密码）：
sudo smbpasswd -a mcuzone
测试并重启samba服务：
sudo testparm
sudo service smbd restart
sudo service nmbd restart
设置完毕后，在与MPSD2.5GD扩展板在同一局域网内的PC中（以Windows11为例），在资源管理器中输入\\192.168.8.61（地址为扩展板的地址，视实际情况而不同），然后输入用户名和密码（密码是前面设置的samba密码，不是树莓派OS的登录密码），我们就能看到那个共享目录了：
注意：如果勾选了“记住我的凭据”，那当samba密码修改后（即重新执行sudo smbpasswd -a mcuzone），下次在Windows中打开共享地址时就会拒绝登录，此时需要到Windows的凭据管理器中，删除或修改保存的凭据。
3.4.2 SSD读写速度测试
在树莓派终端中运行df，红框中即为SSD的路径：
在Windows下进入SSD的目录：
将SSD中的任意文件拖拽到PC桌面进行SSD读取速度测试，速度约为154MB/s左右：
将PC桌面中的任意文件拖拽到SSD进行SSD写入速度测试，速度约为209MB/s左右：
四、Ubuntu系统的使用
4.1 Ubuntu系统烧写
Ubuntu OS的版本为ubuntu-24.04-preinstalled-desktop-arm64+raspi.img.xz，Ubuntu OS下载地址：
https://ubuntu.com/download/raspberry-pi
Ubuntu系统可以TF卡启动，也可以SSD启动，烧写方法请参阅：
注意：设置启动顺序需要在树莓派系统下设置，对于同一块树莓派开发板，设置一次后如果不修改启动顺序就不需要重新设置，启动顺序与系统无关。
4.2 SSD作为存储扩展
4.2.1 添加新硬盘
在Ubuntu系统中，与树莓派OS不同的是，我们不需要输入系统密码就可以对SSD进行操作。进入Files，点击Other Locations，可以看到SSD的分区（500GB Volume，挂载到/dev/nvme0n1p1）。如下图所示：
注意：如果要在终端中对SSD硬盘进行操作，必须按照上面的步骤先进一次SSD文件夹。
同时在桌面，也可以看到SSD分区的快捷图标：
在终端中输入lsblk，也可以看到这个SSD分区，我们可以将这个SSD作为存储设备：
如果还需要对添加的硬盘进行分区，我们可以参考以下链接：
4.2.2 查看SSD硬盘状态
扩展板插2条SSD硬盘，在Ubuntu系统中无需对SSD硬盘进行授权（但需在Files里面先进入一遍这两个分区），打开Files，我们可以在Other Locations中看到两个SSD的分区（注意，分区的个数以硬盘分区的实际情况为准，这里测试的是每个硬盘只分了一个分区），桌面上也有两个SSD的分区的快捷图标。如下图所示：
在Ubuntu终端中输入df命令，我们也可以看到两个SSD的分区信息，我们可以将这个SSD作为存储设备：
4.2.3 对SSD硬盘进行测速
因为扩展板的SSD无法工作在PCIe Gen3模式下，所以我们无需更改PCIe模式，直接使用hdparm软件测试速度即可。
安装硬盘测速软件hdparm，在Ubuntu终端下运行：
sudo apt install hdparm
在上一节的分区信息中，我们可以看到两个SSD分区名为nvme0n1p1、nvme1n1p1：
对nvme0n1p1进行测速，运行命令，可多次运行，测试多次硬盘速度：
sudo hdparm -t /dev/nvme0n1p1
对nvme1n1p1进行测速，运行命令，可多次运行，测试多次硬盘速度：
sudo hdparm -t /dev/nvme1n1p1
可见两个测试硬盘的运行速度为430MB/s左右。
注意：硬盘运行速度受硬盘质量、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。
4.3 SSD用于系统启动
将Ubuntu系统烧写进SSD，然后拔掉TF卡，或者在启动顺序设置中，把从NVMe（SSD）启动设置成第一位。
经我们的测试，单个SSD插在任何一个SSD插槽上均可启动系统（横向插槽是04插槽，竖向插槽06插槽）；若两个插槽都插上SSD，如果只有一个SSD烧写了系统，那将从烧写了系统的SSD启动，若两个SSD都烧写了系统，则将从06插槽优先启动系统（与树莓派OS相反）。插槽在扩展板上的位置如下图所示：
两个插槽的具体信息，可以在终端中输入lspci来查看：
4.4 2.5G以太网测试
4.4.1 安装RTL8125驱动
请参阅此链接：双网口驱动安装步骤
4.4.2 2.5G Internet网络测试
对两个网口分别连外网（200M宽带）测速，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。
如果使用Ubuntu内置的Firefox浏览器时运行速度很慢或者经常无响应，建议安装轻量浏览器Falkon：
sudo apt install falkon
4.4.3 2.5G内网测试
安装网络测速软件iperf3：
sudo apt install iperf3
利用iperf3，在Ubuntu系统与PC之间进行测速。
第一个网口测速结果如下：
当Ubuntu系统作为Client时，速度大约为2.35Gbps：
当Ubuntu系统作为Server时，速度大约为1.84Gbps：
第二个网口测速结果如下：
当Ubuntu系统作为Client时，速度大约为2.35Gbps：
当Ubuntu系统作为Server时，速度大约为1.84Gbps：
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。
五、OpenWrt系统的使用
我们测试使用的OpenWrt系统版本为：openwrt-bcm27xx-bcm2712-rpi-5-squashfs-sysupgrade-linux-6.6.90-USBlan-20250519.img.gz。
MPSD2.5GD扩展板可以配置为：两个2.5G网口，一个作为WAN，一个作为LAN，千兆网口默认为LAN不做调整，同时开启NAS功能，这样就可以最大限度地利用2.5G网口的高带宽，在局域网内传输文件，同时也可以最大限度地利用宽带的性能。
5.1 登录系统
默认状态下，OpenWrt系统将树莓派5的千兆网口作为LAN，将树莓派5的千兆以太网连接至PC网口，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192.168.198.1：
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：
5.2 设置网络接口
在OpenWrt系统中，eth0为树莓派5的千兆网口，eth1（靠近树莓派5）和eth2（靠近DC5.5接口）为扩展的2.5G网口。现在我们要将eth1设置为LAN，eth2设置为WAN。
点击“网络 - 接口 -设备”，然后点击“br-lan”后面的“配置...”
将“网桥端口”设置为eth0与eth1，然后点击“保存”：
再点击“保存”和“接口”，返回上一页：
点击“添加新接口”：
“名称”设置为“WAN”（可自定义），“协议”选择“DHCP客户端”，“设备”选择“eth2”，然后点击“创建接口”按钮：
在“防火墙区域”中，将“创建/分配防火墙区域”设置为“wan”，然后点击“保存”：
保存后返回上一页面，点击“保存并应用”：
这样，网络接口就设置完成了。
5.3 测试2.5G以太网
此时，MPSD2.5GD扩展板通过2.5G网口（eth1）与PC相连，MPSD2.5GD扩展板的IP地址为192.168.198.1，而PC的IP地址，通过查询得知，为192.168.198.239。我们使用iperf3测速软件，测试PC与MPSD2.5GD扩展板之间的网速。
点击“服务 - 终端”，登录OpenWrt系统自带的终端，用户名为root，默认密码为password：
OpenWrt系统自带iperf3软件，在MPSD2.5GD扩展板与PC之间使用iperf3进行测速，结果如下：
MPSD2.5GD扩展板在Client模式下，速度为2.35Gbps左右：
MPSD2.5GD扩展板在Server模式下，速度为1.76Gbps左右：
注意：2.5G网口的带宽测试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。
5.4 SSD硬盘测试
5.4.1 硬盘识别和挂载
将两条SSD硬盘分别插入MPSD2.5GD扩展板的两个SSD插槽，启动系统。
登录OpenWrt系统自带的终端，执行lspci和lsblk，显示如下：
两条硬盘均已成功识别，但是没有挂载。
点击“系统 - 挂载点”，将“自动挂载未配置的Swap分区”和“自动挂载未配置的磁盘分区”后面的勾打上，然后点击“保存并应用”：
稍等片刻，在“已挂载的文件系统”中就能看到两条SSD硬盘均已成功挂载：
在终端中再次执行lsblk，也能看到硬盘挂载成功：
5.4.2 配置和使用网络共享
点击“服务 - 网络共享”，然后点击“共享目录”下面的“添加”按钮：
将相关参数填入，然后点击“保存并应用”（如需多个共享目录，可多次添加）：
设置完毕后，在连接MPSD2.5GD扩展板的PC中（以Windows11为例），在资源管理器中输入\\192.168.198.1（地址为扩展板的地址，视实际情况而不同），我们就能看到那个共享目录了：
将SSD中的任意文件拖拽到PC桌面进行SSD读取速度测试，速度约为153MB/s左右：
将PC桌面中的任意文件拖拽到SSD进行SSD写入速度测试，速度约为209MB/s左右：
5.5 其它应用
树莓派5的无线模块可以作为无线AP，也可以作为无线WAN口，关于这些应用的实现，请参考下列链接：
六、功耗测试信息
此功耗测试使用USB-C口接5V电源：
| 系统待机功耗 | 使用时的功耗 | 模块之间相互使用 | 系统功耗 | |||
| 不接外设 | 1.27A | 接1条SSD | 通过2.5G读取数据到PC | 1.59A | ||
| 接1条SSD | 1.48A | 通过2.5G从PC写入数据 | 1.77A | |||
| 接2条SSD | 1.49A | 接2条SSD | 通过2.5G读取数据到PC | 1.60A | ||
| 单独接2.5G | 1.32A | 1.67A(下载) | 通过2.5G从PC写入数据 | 1.78A | ||
| 1.56A(上传) | 互相传数据 | 2.15A | ||||
此功耗测试使用DC5.5口接12V电源：
| 系统待机功耗 | 使用时的功耗 | 模块之间相互使用 | 系统功耗 | |||
| 不接外设 | 0.52A | 接1条SSD | 通过2.5G读取数据到PC | 0.77A | ||
| 接1条SSD | 0.61A | 通过2.5G从PC写入数据 | 0.84A | |||
| 接2条SSD | 0.64A | 接2条SSD | 通过2.5G读取数据到PC | 0.80A | ||
| 单独接2.5G | 0.56A | 0.77A(下载) | 通过2.5G从PC写入数据 | 0.86A | ||
| 0.67A(上传) | 互相传数据 | 0.96A | ||||
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