5013 CM5 4G Router
关键词
树莓派、CM5核心板,、千兆以太网、4G LTE、免驱免拨号、USB OTG、USB2.0、USB3.0、PCIe、CSI、DSI、PWM、RPiOS、Ubuntu、OpenWrt
一、简介
CM5_4G_Router扩展板是一款基于树莓派CM5核心板设计的4G路由器。板载一路4G LTE模块，可支持多款4G型号，满足不同国家的需求，免驱免拨号；同时引出一路原生千兆以太网、一路USB3.0接口和三路两路USB2.0接口、一路TF卡座、两组CSI/DSI组合接口、一路标准尺寸的HDMI接口，支持4K输出，以及RTC、PWN、启动用TF卡座等常规接口。
供电采用5V3A USB-C供电，此接口也是USB2.0 OTG接口，可用于烧写系统。
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. 一路4G LTE模块，可支持多款4G型号，满足不同国家的需求，免驱免拨号；
3. 一路原生千兆以太网，采用一体式集成网络变压器；
4. 一路USB3.0-A Host接口；
5. 三路USB2.0接口（两路USB2.0-A Host、一路USB2.0-1.25mm-4p）；
6. 两组CSI/DSI组合接口，0.5mm-22P FPC竖贴；
7. 一组BOOT和OTG跳线，用于烧写系统；
8. 四盏LED灯：电源输入指示灯、CM5核心板电源指示灯、CM5核心板运行指示灯，以及4G状态指示灯；
9. 一路标准HDMI输出接口，支持4K输出；
10. 一路实时时钟RTC接口，1.25mm-2P；
11. 一个PWM风扇接口，1.0mm-4Pin；
12. 一路USB-C接口，用于供电：5V3A，最高5V5A；
13. USB-C接口同时也是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；此口接电脑，可在OpenWrt系统下用作USB网卡（需要系统支持）；
14. 一路TF卡座，用于启动不带eMMC的核心板；
15. 尺寸：85*70mm，两层板设计，板材通过UL和ROHS认证，防火等级为94V-0；
16. 可选铝合金外壳。
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BOOT跳线和OTG跳线短接，USB Type-C接口接电脑，上电后，当设备管理器里看到BCM2712设备，即可进行系统烧写：
【加图】
烧写方法请参阅：
烧写完成后，拔掉两个跳线，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
4.1 测试USB口
4.1.1 USB识别测试
将一路USB3.0-A HOST、两路USB2.0-A HOST、一路USB2.0-1.25mm-4p都插上外设：
【加图】
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 04：原生USB 3.0接口，5000M；
Bus 05：扩展USB 2.0接口，480M。
工作模式都正常。
4.1.2 USB3.0接口测试
扩展板的USB3.0口通过一个USB硬盘盒接入一块SSD硬盘。
在树莓派终端中输入lsblk，即可查看SSD硬盘分区信息：
我们可以看到SSD分区名为sda1。
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/sda1
这里运行了5次，具体数据见下：
| 次数 | 传输速度MB/s |
| 1 | 352.62 |
| 2 | 356.00 |
| 3 | 351.27 |
| 4 | 351.98 |
| 5 | 351.93 |
| 平均 | 352.76 （约等于2.76Gbps） |
4.2 测试4G模组
CM5_4G_Router扩展板具有一路4G模组，已焊接，在树莓派系统下免驱免拨号。本节以CAT4 4G为例。
在树莓派终端中执行lsusb，显示如下，红框中即为4G：
在树莓派系统终端下执行ifconfig -a，显示结果如下：
上图所示的eth1即为4G模块，CAT4 4G。
接下来我们测试4G联网，从ifconfig -a的显示结果可知，此时系统只有4G模块这一个网络连接。
我们ping IP和域名，均成功，说明4G模块工作正常：
打开https://test.ustc.edu.cn/进行网速测试，结果如下：
关于4G模组的其它测试，请参阅以下链接：
4.3 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。
我们使用测速软件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模式下，为938Mbps左右：
Server模式下，为948Mbps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：
4.5 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。
CM5_4G_Router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
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。
4.7 测试CSI
CM5_4G_Router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。
4.7.1 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
保存后重启系统，即可使用OV5647摄像头。
4.7.2 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
如果有OV5647的配置，请删除或注释掉：
# dtoverlay=ov5647,cam1
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。
4.7.3 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：
4.8 PCIe扩展测试
PCIe接一块MPS2280对其进行扩展SSD硬盘，如图所示：
【加图】
不带eMMC的CM5核心板可以从SSD启动系统，操作步骤见烧写章节。这里我们基于带eMMC的核心板演示SSD硬盘作为数据存储用。
在树莓派终端中执行lspci，可以看到SSD硬盘已经被正确识别：
在File Manager中，可以看到该SSD硬盘，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：第一个被点击的分区需要输入密码进行授权，如有其它分区，只需要点击分区即可完成授权。
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SSD的分区名为nvme0n1p1。
该硬盘分区可以用作数据存储。
▶ 测试SSD硬盘的接口速度
安装硬盘测速工具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，测试多次硬盘接口速度：
sudo hdparm -t /dev/nvme0n1p1
| 次数 | 传输速度MB/s |
| 1 | 394.70 |
| 2 | 394.63 |
| 3 | 394.03 |
| 4 | 394.91 |
| 5 | 394.41 |
| 平均 | 394.54 （约等于3.08Gbps） |
默认状态下，SSD硬盘运行在PCIe Gen2模式下，可以通过下列步骤开启PCIe Gen3模式：
在树莓派终端中输入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。
再次运行接口测速命令，测试硬盘接口速度：
sudo hdparm -t /dev/nvme0n1p1
| 次数 | 传输速度MB/s |
| 1 | 763.65 |
| 2 | 766.77 |
| 3 | 765.74 |
| 4 | 764.68 |
| 5 | 764.98 |
| 平均 | 765.16 （约等于5.98Gbps） |
可见PCIe Gen3模式下的SSD硬盘接口速度几乎是PCIe Gen2模式下的一倍。
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