5011 CM5 UART

关键词

树莓派、CM5核心板、千兆以太网、百兆以太网、RS232、RS485、CANFD、电源隔离、USB OTG、USB3.0、RPiOS、Ubuntu

一、简介

CM5_UART扩展板是一款基于树莓派CM5核心板UART扩展板，针对工业应用场景而设计。CM5_UART扩展板具备一路RS232串口、一路带电源隔离的RS485接口，以及一路带电源隔离的CANFD接口。板载一路千兆以太网、一路百兆以太网、三路USB2.0、两路USB3.0、CSI/DSI1、RTC、PWN、PCIe、HDMI输出以及常规的启动用TF卡座、40Pin GPIO。还板载一路USB2.0 OTG，用于供电，也可用于烧写系统。

供电采用9-24V DC宽电压供电和5V3A USB-C供电，两路电源，二选一使用，不可同时使用。

二、硬件资源

1. 支持所有树莓派CM5核心板版本，接插件为DF40HC3.0；

2. 两路以太网：一路原生千兆以太网和一路USB2.0扩百兆以太网，采用一体式集成网络变压器；

3. 两路USB3.0-A HOST；

4. 三路USB2.0 HOST（一路USB2.0-A、两路USB2.0-1.25mm-4p）；

5. 一路RS232串口，接口为3.81mm-3p；

6. 一路带电源隔离的RS485接口，接口为3.81mm-3p；

7. 一路带电源隔离的CANFD接口，接口为3.81mm-3p；

8. 一路原生PCIe接口，0.5mm-16Pin，FPC竖贴，PCIe供电能力达2A，优于树莓派5的PCIe的1A供电能力；

9. 一路实时时钟RTC接口，1.25mm-2P；

10. 一路标准HDMI输出接口，支持4K输出；

11. 一组CSI/DSI组合接口，0.5mm-22P FPC竖贴；

12. 一路BOOT跳线，用于烧写系统；

13. 一路Power ON/OFF插针；

14. 四盏LED灯：9-24V电源输入指示灯、5V电源输入指示灯、CM5核心板电源指示灯和CM5核心板运行指示灯；

15. 一个PWM风扇接口，1.0mm-4Pin；

16. 40Pin GPIO，2.54mm-2*20PIN，完全兼容树莓派5引脚GPIO；

17. 一路TF卡座，用于启动不带eMMC的核心板；

18. 一路USB-C接口，此接口是USB2.0-OTG接口，可用于烧写系统，支持所有的树莓派CM5核心板版本；此接口也可以用于供电：5V3A，最高5V5A；此接口接电脑，可在OpenWrt系统下用作USB网卡（需要系统支持）；

19. 一路9-24V DC5.5接口供电，与USB-C口供电任选一使用，不能同时使用；

20. 尺寸：83.4*120mm，四层板设计，板材通过UL和ROHS认证，防火等级为94V-0；

21. 可选铝合金外壳。

RS485隔离模组特点：

本模组采用自动流控型高速RS485隔离模块，是一款采用IC集成化技术，实现了电源隔离、信号隔离、RS-485通信和总线保护于一体的RS-485协议收发模组。模组自带定压隔离电源，可实现2500VDC电气隔离耐压保护；可作为从机接入RS485总线，也可作为主机，接收处理各从机信息。

最多可以连接64/128个节点；

高达500Kbps传输速率；

电磁辐射EMI极低；

工作温度范围：-40℃ - +85℃；

集成电源隔离、信号隔离和总线ESD保护功能。

CANFD隔离模组特点：

本模组自带隔离电源，可实现2500VDC的两端电气隔离，继承了隔离CAN收发器的主要特性，又进一步提升了其数据传输性能，符合ISO 11898-2物理层标准。

波特率高达5Mbps；

同一网络至少可支持连接110个节点；

工作温度范围：-40℃ - +105℃；

总线超时保护。

外壳尺寸：

三、烧写系统

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BOOT跳线短路帽接上，USB Type-C接口接电脑：

烧写方法请参阅：

烧写系统的方法

烧写完成后，短路帽拔掉，重新上电，即可启动系统。

四、树莓派系统的操作

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

▶ 扩展板的接口示意图如下：

4.1 配置串口

▶ 系统启动后，打开树莓派终端，运行下列命令：

sudo nano /boot/firmware/config.txt

在文件末尾加入下列语句：

dtoverlay=uart2

dtoverlay=uart4

保存后重启系统。

▶ 安装串口软件CuteCom，安装命令为：

sudo apt install cutecom

安装完毕后，点击桌面左上角的树莓派图标，在“System Tools”有CuteCom的快捷方式：

如果在使用过程中有权限不足的问题，请打开树莓派OS终端，输入：

sudo cutecom

来启动CuteCom。

4.2 测试RS485串口

将扩展板的RS485接口通过USB转485模块连接到电脑，各自打开串口软件进行收发，结果如下：

经过实测，波特率最高可达到2.01Mbps（以传输数据不发生乱码、缺失为准）。

4.3 测试RS232串口

将扩展板的RS232接口通过USB转232模块连接到电脑，各自打开串口软件进行收发，结果如下：

经过实测，波特率最高可达到0.88Mbps（以传输数据不发生乱码、缺失为准）。

4.4 测试CANFD接口

CAN是SPI接口，mcp251xfd为CAN控制器，spi0-1为SPI接口的片选，interrupt为MP2518FD的中断号，都要和硬件相对应。

注意：必须在收发两端的至少一端开启120欧姆终端匹配电阻。如果需要在扩展板一端开启，请将相应的端口的120欧姆终端匹配电阻的插针，用短路帽短接。

首先更新系统，在树莓派终端中执行：

sudo apt update

sudo apt upgrade

需要在config.txt中加入CAN接口的配置，运行下列命令：

sudo nano /boot/firmware/config.txt

在文件末尾加入下列语句：

dtoverlay=spi1-3cs

dtoverlay=mcp251xfd,spi0-1,interrupt=24

然后在图形界面中，依次选择如下图项目后，确保SPI已开启：

最后重启系统。在终端中输入dmesg | grep spi，查看 SPI 的信息，红框中的信息显示can0识别成功：

安装CAN软件：

sudo apt-get install can-utils

SPI成功识别后，输入以下命令开启CANFD：

sudo ip link set can0 up type can bitrate 500000 dbitrate 2000000 restart-ms 1000 berr-reporting on fd on

sudo ifconfig can0 txqueuelen 65536

经过测试，bitrate设置为1000000（1M），dbitrate设置为5000000（5M）都可以正常使用，请按照实际情况选择设置。

设置完成后输入ifconfig，查看CAN连接，可看到can0：

在扩展板与PC之间连接好USB CANFD收发器，使用cangaroo软件在PC端进行接收，cangaroo下载地址：

http://www.mcuzone.com/wiki/5108_CM5IO_RS485-CANFD/cangaroo-win32-ccdcb64.zip

cangaroo设置如下（Measurement - Setup...）：

其中COM85为USB CANFD收发器在PC上的监听端口（依系统配置不同而不同）。Bitrate和CanFD Bitrate应与上面开启CANFD的命令中的比特率设置相对应。

测试CAN接口发送数据：

USB CANFD收发器接在CM5_UART扩展板的CAN接口上，让cangaroo在PC的COM85上开始监听（Measurement - Start Measurement），在树莓派终端中运行：

cansend can0 123#0123456789ABCDEF

（注意：“#”之前是CAN设备的ID；“#”之后是发送内容，为16进制数字，可以自定义。）

可以运行多次：

cangaroo输出如下，说明收发正常：

测试CAN接收数据：

在树莓派终端中运行：

candump can0 -a

注意：-a参数表示显示接收结果时同时显示相应的16进制数字的ASCII码，如果不加此参数，则不显示ASCII码。

在cangaroo主界面的Transmit View里面，设置好Address和DLC，以及后面需要的发送数据，下图显示的是发送“MCUZONE!”的16进制ASCII码数据：

然后按下Send键（或Send Repeat键重复发送），即可在树莓派终端中看到从cangaroo发来的数据：

4.5 测试USB口

将两路USB3.0-A HOST、一路USB2.0-A、两路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。

随后输入lsusb -t查看USB口的工作模式是否正常：

Bus 02：USB 3.0接口，5000M；

Bus 03：USB 2.0接口，480M；

Bus 04：USB 3.0接口，5000M。

工作模式都正常。

4.6 测试以太网

将连接上级路由器的网线插入千兆以太网，执行ifconfig，显示如下：

eth0为千兆以太网；

eth1为百兆以太网。

我们使用测速软件iperf3对两个以太网口进行测速。

Windows版iperf3下载：

http://www.mcuzone.com/down/Software.asp?ID=10000634

Linux下iperf3安装：

sudo apt-get install iperf3

▶ 测试千兆以太网：

Client模式下，为938Mbps左右：

Server模式下，为948Mbps左右：

▶ 测试百兆以太网：

Client模式下，为93.9Mbps左右：

Server模式下，为94.4Mbps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。

4.7 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：

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丢失，否则将会恢复到默认时间（1970年1月1日），如下图所示：

4.8 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

4.9 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。

CM5_UART扩展板具有一路CSI/DSI组合接口，可以使用树莓派官方两代液晶屏。

▶ 树莓派官方第一代液晶屏：

将树莓派官方第一代液晶屏接到CSI/DSI 1，启动系统后，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-7inch,dsi1

保存后重启系统，即可使用树莓派官方第一代7寸触摸屏。

▶ 树莓派官方第二代液晶屏：

将树莓派官方第二代液晶屏接到CSI/DSI 1，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,dsi1

保存后重启系统，即可使用树莓派官方第二代7寸触摸屏。

注意：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。

4.10 测试CSI

CM5_UART扩展板的CSI/DSI组合接口，可以使用摄像头，这里介绍OV5647摄像头和IMX219摄像头的使用方法。

4.10.1 配置OV5647摄像头

将摄像头接到CSI/DSI 1，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,cam1

注意：需要确保cam1没有配置过，如果有配置过cam1，那就要把原先的配置删除。

保存后重启系统，即可使用OV5647摄像头。

4.10.2 配置IMX219摄像头

将摄像头接到CSI/DSI 1，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=imx219,cam1

注意：需要确保cam1没有配置过，如果有配置过cam1，那就要把原先的配置删除。

将camera-auto-detect=1 修改为 camera_auto_detect=0：

保存后重启系统，即可使用IMX219摄像头。

4.10.3 测试摄像头

OV5647摄像头和IMX219摄像头的测试方法是一样的。

在树莓派终端中输入：

ls /dev/video*

即可看到video0设备，这个就是摄像头设备：

如果没看到video0设备，说明硬件连接有误或者config.txt中设置不正确。

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：

4.11 测试4G模块

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和高通4G-GPS。

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自动识别成usb0。


LED灯说明	注网指示灯（mode）	工作状态灯（status）
CAT4 4G	常亮	闪烁状态为1.8秒亮0.2秒灭（也可以通过亮的时间比灭的时间长来判断）表示4G模组已经联网。
CAT4 4G	常亮	闪烁状态是1.8秒灭0.2秒亮，说明SIM卡或者网络有问题，请检查SIM卡和天线。
高通4G	无	闪烁状态为慢闪，中间有短暂快闪，表示4G模组已经联网；否则说明SIM卡或者网络有问题，请检查SIM卡和天线。
ZTE CAT4	无	闪烁状态快闪，表示4G模组已经联网；否则说明SIM卡或者网络有问题，请检查SIM卡和天线。


	CAT4	高通4G/GPS	ZTE CAT4
BAND	LTE FDD：B1/3/5/8 LTE TDD：B34/38/39/40/41	LTE FDD：B1/3/5/8 LTE TDD：B34/38/39/40/41 WCDMA：B1/8 TDSCDMA:B34/39 EVDO/CDMA1X:BC0 GSM/GPRS/EDGE:900/1800MHz(OPT)	LTE FDD：B1/3/5/8 LTE TDD：B34/38/39/40/41