2015 CM4 4G Plus
关键词
树莓派、CM4核心板、CM5核心板、千兆以太网、2.5G以太网、4G LTE、USB2.0、软路由、GPIO、RPiOS、Ubuntu OS、OpenWrt
一、简介
CM4_4G_Plus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PCIe转2.5G以太网、一路标准尺寸HDMI接口，支持4K输出、三个USB2.0Host接口、一路4G网卡以及引出和树莓派4B完全兼容的40pin GPIO。
CM4_4G_Plus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+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_Plus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（100/1000Mbps）；
2. 一路2.5Gbps以太网（由原生PCIe转接）；
3. 一路miniPCIe 4G（可接多款4G型号）；
4. 三路USB2.0主机接口，其中两路为USB-A接口（一路USB-A接口与一个1.25mm 4p接口复用），一路为1.25mm 4p接口；
5. 一路Nano SIM卡座，和4G配套；
6. 一路标准HDMI接口，输出分辨率可达4K；
7. 一路4G音频（仅限EC20GPS全功能版）；
8 一路1.25mm风扇供电口；
9. 一路TF卡座（仅限无eMMC的CM4存储系统）；
10. 一路4G GPIO（含调试串口和复位引脚）；
11. 40pin GPIO引脚，与树莓派4B的40pin完全兼容；
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. 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
将两路USB2.0-A、一路USB2.0-1.25mm-4p都插上外设：
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 01：扩展USB 2.0接口，480M。
工作模式都正常。
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942Mbps左右：
Server模式为943Mbps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 固定2.5G以太网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
这里的RTL8125网卡为eth1，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。
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：
4.2.3 测试2.5G以太网
将千兆以太网与上级路由器断开，然后将2.5G以太网接上级路由器，我们使用网速测试软件iperf3对2.5G以太网进行测速。
Client模式为2.34Gbps左右：
Server模式为1.73Gbps左右：
注意：2.5G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。
4.2.4 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。
两个以太网接口都不插网线，树莓派终端执行ifconfig -a，可见高通4G已经获得IP地址：
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
将两路USB2.0-A、一路USB2.0-1.25mm-4p都插上外设：
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 001：扩展USB 2.0接口，480M。
工作模式都正常。
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，树莓派终端执行ifconfig -a，显示eth0为千兆以太网，以“enx”开头的为4G LTE（以高通4G为例），2.5G以太网在Ubuntu下需要安装驱动才能使用，因此现在看不到：
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942Mbps左右：
Server模式为948Mbps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 安装2.5G以太网驱动
Ubuntu系统默认不带2.5G以太网（RTL8125）驱动，需要手动安装。
首先需要更新系统：
sudo apt-get update
接着准备编译环境：
sudo apt-get install --reinstall linux-headers-$(uname -r) linux-headers-generic build-essential dkms
然后编译和安装驱动：
sudo apt-get install r8125-dkms
如果在编译和安装驱动过程中系统死机，可先限制CPU核心使用数量，再编译和安装驱动：
sudo MAKEFLAGS="-j2" apt-get install r8125-dkms
安装完成后输入：
sudo modprobe r8125
然后输入ifconfig就可以看到一个名为enpxxx的网卡接口，这个就是2.5G以太网：
Ubuntu系统同样存在每次重启后2.5G以太网的MAC地址就会随机变换的问题，修改方法同树莓派系统，详见4.2.2节。
5.2.3 测试2.5G以太网
将千兆以太网与上级路由器断开，然后将2.5G以太网接上级路由器，我们使用网速测试软件iperf3对2.5G以太网进行测速。
Client模式为2.33Gbps左右：
Server模式为1.62Gbps左右：
注意：2.5G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。
5.2.4 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。
两个以太网接口都不插网线，树莓派终端执行ifconfig -a，可见高通4G已经获得IP地址：
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_Plus扩展板可以配置为：2.5G以太网设置为LAN，千兆以太网和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 查看网络
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eth0为千兆以太网，目前设置为LAN；
eth1为2.5G以太网，eth2为4G，目前都未配置。
6.3 设置2.5G以太网为LAN，千兆以太网为WAN
点击“网络 - 接口”，点击“设备”，然后点击“br-lan”后面的“配置...”：
在弹出页面的“网桥端口”，点击下拉箭头，把“eth1”（2.5G以太网）也选中，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2.5G以太网设置为LAN了。
给扩展板断电，再将2.5G以太网连接至PC，然后启动系统，重新在浏览器中登录后台。
重新进入前面的“网桥端口”设置，点击下拉箭头，把“eth0”（千兆以太网）前面的勾去掉，，然后点击“保存”：
自动返回上一页，点击“保存并应用”：
点击“接口”，然后点击“添加新接口...”：
按下图进行配置千兆以太网（eth0，“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”：
将千兆以太网插上连接上级路由器的网线，稍等片刻，就能看到WAN口（eth0）获得了IP地址：
6.4 测试2.5G以太网
此时，CM4_4G_Plus扩展板通过2.5G以太网（eth1）与PC相连，CM4_4G_Plus扩展板的IP地址为192.168.1.1，而PC的IP地址，通过查询得知，为192.168.1.239。我们使用iperf3测速软件，测试PC与CM4_4G_Plus扩展板之间的网速。
点击“服务 - 终端”，登录终端，OpenWrt系统自带iperf3软件，在CM4_4G_Plus扩展板与PC之间使用iperf3进行测速，结果如下：
CM4_4G_Plus扩展板在Client模式下，速度为2.35Gbps左右：
CM4_4G_Plus扩展板在Server模式下，速度为1.77Gbps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。
6.5 设置4G模组为WAN
进入“网络 - 接口”，点击“添加新接口...”：
按下图进行配置4G网络（eth2，“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”：
稍等片刻，就能看到4G网络获得了IP地址：
拔掉千兆以太网的网线，在终端中ping IP和域名，均成功，说明高通4G工作正常：
6.6 联网测试
回到终端，执行ifconfig -a，结果如下：
千兆以太网和4G模组两个WAN口都正确获得了IP地址。
此时连接CM4_4G_Plus扩展板的2.5G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：
▶ 单独使用千兆以太网：■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■■▶ 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，千兆以太网和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 | 2.5G以太网 |
| 是否兼容 | √ | √ | √ | √ | √ |
| 注：√表示兼容，×表示不兼容 | |||||
注意1：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。
注意2：Ubuntu系统下，使用CM5核心板无法编译RTL8125驱动，但是可以让CM5核心板运行在CM4核心板下编译RTL8125驱动成功的系统，这样就可以支持2.5G以太网了。
▶ 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：CM5核心板上，与高通4G合用，LAN口无法获取IP；与CAT4 4G合用，启动后CAT4 4G能获取IP，但无法联网。
▶ 测试时间：2025.11.28
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