2014 CM4 4G IO
关键词
树莓派、CM4核心板、CM5核心板、千兆以太网、百兆以太网、4G LTE、USB2.0、软路由、UART、ADC、SPI、I2C、GPIO、RPiOS、Ubuntu OS、OpenWrt
一、简介
CM4_4G_IO扩展板是基于树莓派CM4的多功能扩展板。具备一路原生的干兆以太网、一路10/100Mbps的USB扩展以太网、一路标准尺寸HDMI接口，支持4K输出、两个USB2.0 Host接口、一路4G网卡以及引出其它GPIO。
CM4_4G_IO扩展板采用USB-C接口供电。铝制外壳适合工业场合应用；千兆+百兆+4G的网络结构适合做软路由、网关等应用；也可用于支持远程更新的4K播放器等应用。
CM4_4G_IO扩展板支持全系列CM4核心板，无eMMC的CM4支持从TF卡启动，带eMMC的CM4可通过USB-C口烧写。
CM4核心板的插座默认使用DF40HC(3.0)。
二、硬件资源
1. 一路原生干兆以太网接口，采用一体式变压器，电磁性能更好；
2. 一路百兆以太网；
3. 一路4miniPCIe 4G（可接多款4G型号）；
4. 一路USB2.0主机接口，可用于接鼠标、键盘或其它USB设备；
5. 一路USB2.0主机口（USB-A口或1.25mm 4pin接口，二选一）；
6. 一路Nano SIM卡座，和4G配套；
7. 一路4G音频，与4G模组配套（选配）；
8. 一路标准HDMI接口，输出分辨率可达4K；
9. 一路TF卡座（仅限无eMMC的CM4存储系统）；
10. GPIO引脚（含UART*1、l2C*1、ADC*1、SPI*1、CM4复位引脚以及其它16个IO）；
11. 4G GPIO（含调试串口和复位引脚）；
12. 供电：5V3A USB Type-C接口，该接口也可用作核心板的eMMC烧写口；
13. 尺寸：110mm*70mm；
14. 全铝合金外壳。
三、烧写系统
本文档采用树莓派OS、Ubuntu系统和OpenWrt系统进行测试。
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。
使用带eMMC的核心板，硬件操作如下：
将USB Type-C接口接电脑，BOOT跳线短路帽接上：
烧写方法请参阅：
烧写完成后，短路帽拔掉，重新上电，即可启动系统。
四、树莓派OS的操作
树莓派OS的版本为2025-05-13-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
4.1 测试USB接口
CM4_4G_IO扩展板板载2个USB2.0-A接口（其中一路复用1.25MM-4P接口），分别接了无线键鼠和USB读卡器，另外还有一路USB2.0转MiniPCIe接口（4G LTE）和一路USB2.0转百兆以太网。
在树莓派终端中执行lsusb及lsusb -t，显示如下：
Bus 001 Device 003：USB2.0转MiniPCIe接口（4G LTE）；
Bus 001 Device 004：USB2.0转百兆以太网；
Bus 001 Device 005：USB2.0-A接口（无线键鼠）；
Bus 001 Device 006：USB2.0-A接口（USB读卡器，与1.25MM-4P接口复用）。
识别都正常。若USB接口无外接设备，则不会出现相应的设备编号。
Bus 01为为USB 2.0接口，480M，工作模式也正常。
4.2 测试网络
将千兆以太网接上级路由器，树莓派终端执行ifconfig -a，显示eth0为千兆以太网，eth1为百兆以太网，usb0为4G LTE（以高通4G为例）：
4.2.1 测试千兆以太网
我们使用网速测试软件iperf3对千兆以太网进行测速。
Windows版iperf3下载：
http://www.mcuzone.com/down/Software.asp?ID=10000634
Linux下iperf3安装：
sudo apt-get install iperf3
Client模式为943Mbps左右：
Server模式为929Mbps左右：
注意：千兆以太网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。
4.2.2 测试百兆以太网
将千兆以太网与上级路由器断开，然后将百兆以太网接上级路由器，我们使用网速测试软件iperf3对百兆以太网进行测速。
Client模式为92.1Mbps左右：
Server模式为92.4Mbps左右：
注意：百兆以太网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 测试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、ZTE CAT4 4G、高通4G、高通4G-GPS和移远EC20 GPS语音简版。
在树莓派官方OS里，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。
4G模组的天线接法说明，适合以上的所有4G模组（GPS/GNSS为选配）：
我们测试以高通4G模组为例。
在上一节中，我们提到了usb0即为4G LTE（高通4G），树莓派终端执行ifconfig -a，可见高通4G已经获得IP地址：
在树莓派终端中执行route，可见usb0排第一位，因此此时默认通过高通4G上网：
我们ping IP和域名，均成功，说明高通4G工作正常：
在浏览器中打开https://test.ustc.edu.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。
关于4G模组的其它测试，请参阅以下链接：
五、Ubuntu OS的操作
Ubuntu系统的版本为ubuntu-25.04-preinstalled-desktop-arm64+raspi.img.xz。
Ubuntu系统下载地址：
https://ubuntu.com/download/raspberry-pi
5.1 测试USB接口
CM4_4G_IO扩展板板载2个USB2.0-A接口（其中一路复用1.25MM-4P接口），分别接了无线键鼠和USB读卡器，另外还有一路USB2.0转MiniPCIe接口（4G LTE）和一路USB2.0转百兆以太网。
在树莓派终端中执行lsusb，显示如下：
Bus 001 Device 005：USB2.0-A接口（无线键鼠）；
Bus 001 Device 006：USB2.0-A接口（USB读卡器，与1.25MM-4P接口复用）。
Bus 001 Device 007：USB2.0转MiniPCIe接口（4G LTE）；
Bus 001 Device 008：USB2.0转百兆以太网；
识别都正常。若USB接口无外接设备，则不会出现相应的设备编号。
执行lsusb -t，显示如下：
Bus 01为为USB 2.0接口，480M，工作模式也正常。
5.2 测试网络
Ubuntu系统需安装net-tools软件，操作如下：
在Ubuntu终端中执行：
sudo apt install net-tools
然后将千兆以太网接上级路由器，Ubuntu终端执行ifconfig -a，显示eth0为千兆以太网，两个以“enx”开头的网卡中，获得IP的为4G LTE（以高通4G为例），未获得IP的为百兆以太网：
5.2.1 测试千兆以太网
我们使用网速测试软件iperf3对千兆以太网进行测速。
Windows版iperf3下载：
http://www.mcuzone.com/down/Software.asp?ID=10000634
Linux下iperf3安装：
sudo apt-get install iperf3
Client模式为940Mbps左右：
Server模式为949Mbps左右：
注意：千兆以太网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。
5.2.2 测试百兆以太网
将千兆以太网与上级路由器断开，然后将百兆以太网接上级路由器，我们使用网速测试软件iperf3对百兆以太网进行测速。
Client模式为92.4Mbps左右：
Server模式为94.6Mbps左右：
注意：百兆以太网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。
5.2.3 测试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、ZTE CAT4 4G、高通4G、高通4G-GPS和移远EC20 GPS语音简版。
在Ubuntu OS里，系统将这些4G模组均自动识别成以“enx”开头的设备。
我们测试以高通4G模组为例。
在上一节中，我们提到了已获得IP的以“enx”开头的网卡为即为4G LTE（高通4G，enxc26743c696ae），Ubuntu终端执行ifconfig -a，显示如下：
在Ubuntu终端中执行route，可见enxc26743c696ae排第一位，因此此时默认通过高通4G上网：
我们ping IP和域名，均成功，说明高通4G工作正常：
在浏览器中打开https://test.ustc.edu.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。
关于4G模组的其它测试，请参阅以下链接：
六、OpenWrt系统的操作
OpenWrt系统为我司编译，版本为：openwrt-bcm27xx-bcm2711-rpi-4-squashfs-sysupgrade-linux-6.6.73-20250324-7925.img.gz
CM4_4G_IO扩展板可以配置为：千兆以太网设置为LAN，百兆以太网和4G LTE设置为WAN。
6.1 登录系统
系统默认将扩展板的千兆以太网作为LAN。将千兆以太网连接至PC，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：
打开PC的网页浏览器输入192.168.1.1进入OpenWrt系统。默认用户名为root，默认密码为password：
6.2 设置WAN
我们测试以高通4G模组为例。
点击“服务 - 终端”，登录终端，默认用户名root，密码为password：
执行ifconfig -a，结果如下：
其中eth1为百兆以太网，eth2为4G，但是都没有看到IP地址，属正常情况。
进入“网络 - 接口”，点击“添加新接口...”：
按下图进行配置百兆以太网（eth1，“名称”可以自定义），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”：
自动返回上一页，点击“保存并应用”：
这样我们就把百兆以太网配置成了WAN口。
我们用同样的方法，将高通4G模组（eth2，“名称”不能重复）也配置为WAN。
稍等片刻，就能看到两个WAN口都获得了IP地址：
然后我们回到终端，执行ifconfig -a，结果如下：
此时连接CM4_4G_IO扩展板的千兆以太网（LAN口）的PC网卡的属性显示可以连接Internet：
因此PC可以上网。到此，我们完成了软路由的设置。
在PC的浏览器中打开https://test.ustc.edu.cn/进行网速测试，结果如下：
▶ 单独使用百兆以太网：■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■▶ 单独使用4G LTE：
注意1：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。
注意2：经过实测，百兆以太网和4G LTE都能上网时，系统优先使用4G LTE上网。
七、CM5核心板的兼容性测试
▶ 树莓派OS及Ubuntu系统：
树莓派OS版本：2025-05-13-raspios-bookworm-arm64.img.xz
Ubuntu系统版本：ubuntu-25.04-preinstalled-desktop-arm64+raspi.img.xz
| 启动 | 支持所有版本的CM5核心板 | ||||
| 外设名称 | HDMI输出 | USB2.0-A接口 | 4G LTE | 千兆以太网 | 百兆以太网 |
| 是否兼容 | √ | √ | √ | √ | √ |
| 注：√表示兼容，×表示不兼容 | |||||
注意：需要在Ubuntu系统的config.txt文件中，在最后一行加上 dtoverlay=dwc2,dr_mode=host，否则此扩展板的USB设备将无法识别。
▶ OpenWrt系统：
OpenWrt系统为我司编译，版本：openwrt-bcm27xx-bcm2712-rpi-5-squashfs-sysupgrade-lean-linux-6.12.43-qmodem-20250828.img.gz
| 启动 | 支持CM5核心板的所有版本 | ||
| 外设名称 | 4G LTE | 千兆以太网 | 百兆以太网 |
| 是否兼容 | × | √ | √ |
| 注：√表示兼容，×表示不兼容 | |||
注意1：需要在OpenWrt系统的config.txt文件中，把 dtoverlay=dwc2,dr_mode=peripheral改成 dtoverlay=dwc2,dr_mode=host，否则此扩展板的USB设备将无法识别。
注意2：CM5核心板上，可以在lsusb下识别4G模块（以高通4G为例），但无法在ifconfig中看到相应的网卡，因此无法使用。
▶ 测试时间：2025.10.31
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电话：13957118045
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