什么是Raspberry Pi计算模块4(CM4)?

如果你是Raspberry Pi系列微型计算机的新手,你可能想知道Raspberry Pi计算模块4(CM4)是否适合你的使用情况。

什么是Raspberry Pi CM4?

树莓派计算模块4非常像树莓派4。

与Pi 4不同的是,CM4真正的目的是作为构建嵌入式应用的基础。你可以把它看作是Raspberry Pi 4的内脏,没有任何不必要的功能。

如果你想快速建立一个原型,你可以使用Raspberry Pi CM4 IO板,它暴露了Raspberry Pi CM4上的所有接口,包括一个你在Raspberry Pi 4上得不到的PCI Express Gen 2插槽。

归根结底,CM4的整个目的是让你把它嵌入到简单的数字标牌到远程桌面(瘦客户端)、自动化和机器人等项目中。

工业用户是CM4的最大目标市场之一,然而,即使是小型企业和家庭用户也能从中受益。

树莓派4 VS 计算模块4

树莓派4,计算模块4和官方IO板(从上到下)。

这方面的关键是可定制性。

你知道有些人喜欢Mac,因为它们就是能用?你不能对它进行过多的定制,但你会有信心它能工作。另一方面,其他人喜欢用来自不同制造商的部件建造自己的PC。

这个比喻解释了Pi 4与CM4的区别。

当你购买Raspberry Pi 4时,你只能拥有4x USB 3.0、以太网端口、CSI连接器和用于供电的USB-C以及Pi 4预设的其他许多方面。然而,这种组合可以无缝地工作。

对于计算模块4,你可以购买一块载体板,使你能够使用不同的方法为其供电,如桶形连接器或USB-C连接器,这取决于你购买的东西。在某些情况下,Pi 4上的USB-C可能无法满足要求--例如,如果你有一个高电流设置。

Raspberry Pi 4的一个重大区别是可以购买暴露PCIe插槽的载体板,这就开辟了更多的定制能力。

存储方面,虽然CM4的大部分板子上已经有了eMMC,这比Pi 4上的microSD卡要可靠得多,但你可以在一个合适的载体板的帮助下,进一步增加一个SSD。

为什么业界如此喜爱Pi CM4?

最后,它归结为可定制性。

让我们回到CM4和Pi 4都非常相似的论点上。

那么,为什么CM4比普通Pi 4更胜一筹?

首先,它的端口和功能包确实是为家庭使用准备的。例如,如果你用Pi 4在家里运行一个植物浇灌系统,而microSD卡出现故障......好吧,那就只剩下一棵植物了。

另一方面,工业客户可能正在运行发电厂中的一个关键部件。你不能只靠一个微型SD来运行一个发电厂。事实上,这正是CM4的强大之处,因为它能够让工业用户建立自己的电路板,具有存储冗余、更高的耐热性、标准的工业安装选项,同时受益于CM4的低功耗和小尺寸。

认证通常是让一个系统获准使用的最大开支之一,这就是为什么CM4的可定制性对工业用户非常有吸引力的原因之一。

而另一个小原因也许是CM4比其竞争对手拥有的社区。树莓派社区一起工作,以保持内核的不同软件方面的工作,从而使工业界的每个人都能受益。

与它的单板竞争对手相比,它需要花费更多的努力才能让一些东西在那个特定的单板计算机上工作。有了Raspberry Pi CM4,就有了社区的支持和延续性。

树莓派CM4规格

Raspberry Pi的亮点。

  • 博通BCM2711四核Cortex-A72(ARM v8)64位SoC @ 1.5GHz
  • H.265(HEVC)(最高4Kp60解码),H.264(最高1080p60解码,1080p30编码)。 
  • OpenGL ES 3.1, Vulkan 1.0
  • 1GB、2GB、4GB或8GB LPDDR4-3200 SDRAM的选项(取决于不同的型号)
  • 0GB("Lite")、8GB、16GB或32GB eMMC闪存的选项(根据不同的型号)。
  • 可选择完全认证的无线电模块。
    2.4 GHz, 5.0 GHz IEEE 802.11 b/g/n/ac 无线。
    蓝牙5.0,BLE。
    板载电子开关可选择外部天线或PCB追踪天线。

计算模块的32种变体4

Raspberry Pi CM4有32个版本,在内存、WLAN选项和存储容量方面各不相同。

图片取自Raspberry Pi CM4产品简介。

事实上,你可以看到 可用的组合和相应的价格(欧元),在我们的商店。

Raspberry Pi CM4是普通Pi的替代品吗?

对于一般用途,你最好使用普通的Raspberry Pi 4。

你完全可以用Raspberry Pi CM4和CM4IO板来完成同样的事情,CM4IO板为你提供了HDMI、以太网、USB、GPIO引脚和其他许多你在Raspberry Pi上找到的连接器。

然而,与CM4加IO板相比,Raspberry Pi 4上的许多事情都更容易。

树莓派CM4树莓派4
权力 5.5×2.1毫米管状连接器或伯格连接器USB-C
电压5V、12V或7.5V至26V(不同的电压可实现不同的功能)。通过USB-C的5V电压
尺寸较大,带IO板较小的
记忆eMMC或SD卡(精简版)。默认为SD卡

也就是说,还有其他载体板更适合让CM4成为台式电脑。

事实上,这正是CM4的闪光之处。你可以根据你需要的端口和功能,将其安装在不同的板子上。

Raspberry Pi CM4到PI4B适配器。照片来自AliExpress。

比如说 在AliExpress上发现的Raspberry Pi CM4到PI4B适配器 可以把你的CM4转换成Raspberry Pi 4,有双微型HDMI、4x USB 3.0、GPIO、CSI和以太网。

Chipsee AIO-CM4-15台式机替代品。照片来自Chipsee。

ǞǞǞ Chipsee AIO-CM4-156 它又向前迈进了一步。这里增加的关键是NVMe SSD插槽,作为存储解决方案甚至比计算模块4的eMMC更好。然后是你所期望的台式机的标准端口。USB端口、USB-C OTG端口、HDMI输出、以太网端口、microSD插槽、音频输出和GPIO。

给Raspberry Pi CM4供电(带IO板)

为CM4供电与所有其他树莓派有点不同。

在Raspberry Pi Zero、Pico和Pi 4上,你会通过microUSB或USB-C输入为它们供电。

在CM4 IO板上,你有很多选择,可以选择如何为板子供电。

为计算模块供电的连接器 4

首先,让我们谈一谈连接器。

在Raspberry Pi CM4 IO板上,有两个标记为J19和J20的连接器。让我们分别谈谈它们。

主PSU输入。J19管状连接器

你可以通过桶状连接器将Raspberry Pi IO板连接到电源上。

它接受一个5.5×2.1毫米的直流桶形尖端连接器。这些连接器非常常用于路由器、笔记本电脑、充电器和许多电子产品。

你应该提供12V的电源,除非你不打算使用PCIe插槽、外部PSU连接器,也不打算使用12V的风扇,在这种情况下,你可以用7.5V到28V供电。以下是Raspberry Pi CM4数据手册的确切措辞。

"+12V输入直接为+12V PCIe插槽、外部PSU连接器和风扇连接器供电。如果这些没有被使用,那么可以使用更宽的输入电源(+7.5V至+28V)"

J20 "Berg "连接器

树莓派cm4 j20电源连接器

J20使用 "Berg "连接器,部件号为AMP/TE Connectivity 171822-4或类似产品。你也可以从有软盘电源的旧电脑用品中找到这些。

伯尔格连接器(截图来自维基百科,公共领域)。

J20有两个用途。让我们先来看看你如何用这个连接器为你的CM4供电。

你将需要通过黄线提供12V电源。不要向红色提供5V电源。

Berg连接器引脚图。截图来自维基百科(CC-BY-SA)。

J20的另一个用途是充当PCIe外围设备的电源。正如CM4数据手册中所述。

"通过DC桶形插孔提供+12V电源,外部PSU连接器(J20有+5V和+12V)是连接需要外部PSU的PCIe卡的理想选择。你应该确保PSU不会过载"

有多少电流?

Raspberry Pi没有为CM4和IO板推荐电源。

他们建议你为CM4预算9W(12V时),然后为连接到CM4的外围设备增加一些净空。

将CM4插入IO板

树莓派cm4方向iO板
这就是你如何将Raspberry Pi CM4插入IO板的方法

为了将你的Raspberry Pi CM4插入IO板,它需要有一个正确的方向。

上面的图片显示了Raspberry Pi CM4如何进入IO板。

关键是要注意,Raspberry Pi的标志应该离PCIe板更远。换句话说,UFL(外部无线天线)端口应该更靠近PCIe。

向下按压计算模块,你应该听到两声咔嚓声,表明两条轨道都已设置好。

树莓派cm4插在io板上

观察CM4和IO板的轮廓,确保它们彼此平行。如果它们不平行,说明有一条轨道没有被正确压入。

将操作系统写入带IO板的CM4中

IO板有一个SD卡插槽......但你唯一会用到这个SD卡插槽的时候是你买了一个没有集成eMMC存储的CM4Lite。

如果你有Lite版本,就像你在普通Raspberry Pi上一样,很容易就能闪过一张microSD卡。

然而,你可能有非精简版,在你安装eMMC存储之前还需要一些步骤。

你将需要。

  • 跳线短接J2
  • 微型USB线连接到你的电脑
  • 电源供应

禁用eMMC启动

如果你有一个eMMC,你需要禁用eMMC启动,这样你就可以把CM4作为一个可移动磁盘来安装。要做到这一点,在J2的第一列添加一个跳线。J2位于CM4和相机/显示器电缆连接点之间。

雌性对雌性跳线

你可以使用许多启动器套件中提供的雌性-雌性跳线,或者你可以购买一个专门用于此目的的 "短路跳线"。

获取rpiboot

当你闪存一个SD卡时,它是超级简单的。你把它插入你的电脑就可以了。

然而,由于我们谈论的是CM4的eMMC版本,你将需要rpiboot,它允许你的CM4作为一个可移动驱动器被读取。

ǞǞǞ rpiboot的Github repo在这里。

在Windows中安装CM4

如果你有Windows,请继续 在此下载rpiboot版本.

然后,解压ZIP文件,进入win32目录,运行rpiboot_setup.exe。

Windows Defender可能会弹出提示,告诉你侧载的软件可能有危险。绕过这个警告就可以了。

如果你的CM4电源和microUSB(J11)没有插上,现在就插上,并将USB连接到你的PC上。

你以管理员身份运行rpiboot可能会更成功。我的没有管理员权限也很好。

运行rpiboot。安装程序完成后,你应该能在开始菜单中找到它。

让它通过它的步骤,你会看到这个。

等待BCM2835/6/7/2711...
加载嵌入式:bootcode4.bin
发送bootcode.bin
成功读取4个字节
等待BCM2835/6/7/2711...
加载嵌入式:bootcode4.bin
第二阶段启动服务器
加载嵌入式:start4.elf
文件读取:start4.elf
第二阶段启动服务器完成

它将自动杀死自己,你应该看到CM4的音量弹出。

带CM4的Raspberry Pi成像仪成功安装

下面是它在Raspberry Pi Imager中的样子。

闪开,伙计们!

在Linux中安装CM4

rpiboot Github repo上的说明清楚地解释了它。运行。

sudo apt install git libusb-1.0-0-dev pkg-config
git clone --depth=1 https://github.com/raspberrypi/usbboot
cd usbboot
制作
sudo ./rpiboot

Raspberry Pi建议,你需要确保系统日期设置正确,否则Git可能会抛出一个错误。

MacOS上的CM4

在macOS上,步骤是一样的。根据Github repo,以下是步骤。

git clone --depth=1 https://github.com/raspberrypi/usbboot
cd usbboot
brew install libusb
brew 安装 pkg-config
制作
sudo ./rpiboot
树莓派cm4启动
它的靴子!

树莓派CM4项目

Raspberry Pi CM4为一个项目提供了大脑,人们将其用于休闲和工作目的。这里有一些项目。

游戏。CM4掌上电脑

这让我想起了Pi 400,但却是掌上游戏机的形式。

树莓派CM4手持机来自丹尼尔-朱克特,他给它起了个绰号叫 "Aegis"。

在这款掌上电脑上,丹尼尔展示了你可以通过Retropie玩《除暴安良:人类分裂》和《末日2016》等游戏。你还可以上网,观看YouTube视频。

Aegis是一个开放源码项目,并且 你可以在这里查看Github的内容.

使用CM4,Daniel能够定制端口的布局(而Pi 4的端口布局是固定的)。对于屏幕,他使用了官方的Raspberry Pi 7英寸显示屏。对于控制器,他使用了Wii U的按钮和操纵杆。最后,他还使用了扬声器和隆隆声马达。

个人计算。PiTray mini

如果你喜欢Raspberry Pi 4,但更希望有一个更可用的系统,那么你可以考虑使用 PiTray mini,由Shengyuan Fang, Weihong Guan设计,由Sourcekit销售。

该板的尺寸与Raspberry Pi 4相似,但它不是Pi 4的1:1替代品。

PiTray Mini,照片取自sourcekit.cc

正如你所看到的,有良好的老式GPIO、以太网和microSD插槽,但你只得到一个USB端口和一个标准HDMI端口(而Pi 4上有4个USB端口和2个microHDMI)。你也没有得到DSI、CSI、音频插孔或USB 3.0集线器。

这方面的一些用例是用于建立集群,并利用CM4的eMMC比Pi 4的SD卡更稳定和更快的优势。

与官方IO板相比,PiTray是一个面向预算的解决方案,因为它的价格要便宜得多。

自我托管的服务器。图灵Pi 2

连接在图灵Pi 2上的树莓派CM4集群(图片来自图灵Pi 2的发布新闻稿)。

对于想要托管自己的服务器并运行家庭助理、媒体流、游戏服务器、VPN、物联网服务器等服务的人来说,Turing Pi 2是一个简单的解决方案。

使用Raspberry Pi CM4,你可以根据你的服务器的负载来扩大或缩小规模。这样做的好处是确保你的服务器有执行任务所需的设备,同时确保它不会过载。

图灵Pi 2具有迷你ITX的外形,可以使用CM4和Jetson Nanos板(图片来自图灵Pi 2的发布新闻稿)。

我可以用PCIe插槽做什么?

理论上,你可以安装任何使用PCIe的卡。

这包括显卡,通过M.2、NVMe或SATA的存储卡,WiFi卡,USB卡,以及更多。

限制性因素是与CM4的兼容性、操作系统和驱动程序的可用性。

例如,显卡通常比像USB卡这样简单的东西更难在IO板上运行。前者几乎总是需要一个驱动程序,而且功能得不到保证,而后者则不需要任何驱动程序,而且你可以得到全部功能。

由Jeff Geerling编制的兼容显卡列表。

杰夫-盖尔林(Jeff Geerling)编制了一份完整的名单,可在此查阅。 本网站列出了以下类别的PCIe卡。

  • GPU(图形卡)
  • USB卡
  • M.2和NVMe适配器
  • 网卡(NICs)和WiFi适配器
  • 多媒体(A/V)和声卡
  • SATA卡和存储
  • PCIe开关和适配器
  • 其他卡(火线、时间卡等)。

官方IO板的替代载体板

杰夫-盖尔林编制的替代承运人委员会清单。

有许多载波板为IO板提供不同的端口和功能。

你可以找到一个 这里汇编了可能更适合你使用情况的载体板。

CM4和IO板画廊

树莓派cm4与mmc
Raspberry Pi CM4板,32GB eMMC,无线
UFL天线连接器(右上角,紧靠安装孔)。
带WiFi天线的树莓派cm4
带WiFi天线的Raspberry Pi CM4
树莓派CM4 Broadcom SoC
Raspberry Pi CM4 Broadcom SoC(中心)。
树莓派CM4的底面
树莓派CM4的底面

官方IO板

Raspberry Pi CM4 CSI连接器
用于显示器和摄像头的Raspberry Pi CM4 DSI/CSI连接器
Raspberry Pi CM4 IO板后部
Raspberry Pi CM4 IO板后部
Raspberry Pi CM4 IO板实时时钟电池
Raspberry Pi CM4 IO板实时时钟电池座
树莓派CM4 IO板GPIO引脚
树莓派CM4 IO板GPIO引脚
Raspberry Pi CM4 IO板简介
Raspberry Pi CM4 IO板简介,带有2个HDMI、以太网、USB、microUSB、SD卡插槽和电源接口。

我在哪里可以买到CM4?

你可以从我们的姐妹网站购买CM4板。 buyzero.de.

工业用户。CM4大宗订单和解决方案

如果您是CM4的工业用户,需要软件和硬件解决方案,您应该 联系我们以获得大量订单和建议.

我们可以围绕CM4设计定制的软件和硬件解决方案。

在这个短缺的时代,我们总是分配一部分CM4库存用于设计和研究目的。

2评论

  1. Farah Bouali 在8 月 12, 2022在9:59 上午

    尊敬的先生,您好
    我希望你做得很好!
    我的名字是Farah Bouali,我已经完成了我的第二个计算机工程年。
    事实上,我一直在从事一个使用集成在Waveshare板上的树莓派计算模块4的项目,我发现了一些问题,所以我给你写这封邮件,希望得到你的善意监督和指导。

    首先,我找不到一种方法来使用我的cm4中已有的ADC差分输入。我想从AKS 11传感器(温度传感器)或任何其他传感器获得数值。在这种情况下,我怎样才能将结果可视化?我应该在我的脚本中写些什么?我甚至不能控制GPIO输入和输出。

    第二,在试图从一个移动应用程序中读取数据时。虽然我能够通过 "bluetoothctl "命令连接两个设备(手机上的串行蓝牙终端和Rpi),甚至能够通过这个命令 "minicom -b 9600 -o -D /dev/rfcomm0 "可视化接收到的数据,但没有脚本帮助我阅读这些接收到的数据并使用它来做特定的命令(如打开/关闭传感器)。

    我想做的是,从任何传感器获得一些信息,并通过ble协议将其发送到一个移动应用程序,如果有可能控制这个传感器的运作。

    如果你能帮助我,我将非常感激。我可以通过电话(Whatsapp)和邮件回答任何问题。

    我附上了一些与我合作过的链接,我很高兴能很快听到你的消息。

    我非常感谢并期待您的答复。

    Waveshare的配置链接。 https://www.waveshare.com/wiki/Compute_Module_4_PoE_4G_Board#Isolation_GPIO.2FI2C
    我想开始的项目。 https://www.technologyrecipes.com/using-blueterm-app-to-communicate-over-ble-between-an-android-device-and-raspberry-pi/

    最好的问候。

    Farah Bouali
    斯法克斯国家工程师学院计算机工程专业二年级学生

    (为保护编辑法拉,删除电子邮件地址和电话号码)

    • raspi berry 在8 月 16, 2022在8:43 上午

      亲爱的法拉,作为一个工程专业的学生,你需要研究数据表并与设备的供应商/制造商交谈。这是你作为学生工作的一部分。
      如果你有兴趣,我们可以为你提供有偿咨询服务来解决这些问题。

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