看看人家都用树莓派CM4做了什么产品？

《机电一体化》的杂志主编，同时Aleksandar 也是《机电一体化》杂志的创始人。拥有电气工程背景，并在专业期刊工作多年，他专注于《机电一体化》杂志的重点内容，并推动多项倡议。

上海晶珩 CM4 Industrial总分：9分

• 性能：7
• 软件支持：10
• 外设和 I/O:10
• 构建质量：9
• 价格：9

优点：

1. 多种网络选项（千兆PoE供电、2.4/5 GHz双频Wi-Fi、蓝牙5.0、4G LTE）
2. 设计精良的金属外壳，同时作为被动散热器，支持DIN导轨安装。
3. 软件支持与稳定性在单板计算机（SBC）领域无与伦比。

缺点：

1. Wi-Fi网络速度低于预期。
2. 虽然有用于控制它的连接器，但没有主动散热功能。
3. 尽管有众多USB 2.0端口，但没有一个USB 3.0端口。
4. 没有为MIPI摄像头和附加显示器电缆设计的实用开口。
5. 当内置eMMC的速度并不出色时，无法使用SD卡来扩展数据存储空间。

总结：CM4 Industrial是一款高质量且精心设计的工业级单板计算机（SBC），它采用标准的树莓派计算模块CM4，专为安装在DIN导轨上而设计，配备了RS232、RS485端口，以及模拟和数字隔离输入以及继电器输出。它适用于边缘计算（Edge）和工业物联网（IIoT）应用，因为其具备千兆以太网供电（PoE）、4G LTE、2.4/5 GHz Wi-Fi和蓝牙5.0功能。开源代码和单板计算机（SBC）已经进入工业应用领域。在过去几年中，基于这些技术的解决方案被证明是可靠的，并且能够动态地适应需求的变化，同时与全球范围内的法规变更和认证程序保持一致。产品开发需要时间和投入，因此硬件和软件平台在较长时期内的持续可用性是必不可少的。选择树莓派平台，它不仅广泛存在，还拥有庞大的软件支持和大量用户，尤其是那些接受过标准STEM教育的年轻工程师，他们能够熟练操作这一平台。通过将其封装在工业级防护外壳中，使其能够安装在DIN导轨上，并增加UPS和符合工业标准的I/O连接器，我们打造了一款真正的工业级单板计算机平台。通过控制I/O端口，以及连接传感器和执行器的能力，结合强大的ARM处理器和足以支持多路4K显示的GPU单元，我们获得了开发适合专业使用的定制解决方案的优秀平台。CM4 Industrial 正是这样一款根据其规格为工业应用量身定制的计算机，主要用于边缘计算（Edge）和工业物联网（IoT）应用。

硬件、软件和性能

CM4 Industrial 基于树莓派计算模块4（Raspberry Pi Compute Module 4，简称CM4）设计。在我们从上海晶珩的官方经销商获得的型号中，配置了4 GB LPDDR4-3200 RAM和32 GB的eMMC模块。此外，该系列产品还提供其他内存配置选项，包括2 GB和8 GB的RAM版本，以及8 GB、16 GB的eMMC选项。

照片：机电一体化杂志

CM4 Industrial 的核心模块采用了广为人知的Broadcom BCM2711，这是一款四核Cortex-A72（ARM v8）64位SoC，运行频率为1.5 GHz。它与树莓派4型号中使用的SoC完全相同，根据我们的测试，在Sysbench CPU测试中，CM4的性能与树莓派4几乎一致。

Broadcom BCM2711 SoC的一个已知问题是其硬件加密功能被禁用，这在某些应用中可能会成为瓶颈。在OpenSSL测试中，BCM2711与其他常见的ARM解决方案相比，加密性能表现不佳。模块上的4 GB内存，无论我们运行的是64位还是32位的Raspbian操作系统，都达到了几乎相同的性能表现，这远低于现代采用LPDDR4X内存的ARM处理器的性能水平，比如树莓派5型号。

Tinymembench是一种相对简单的内存带宽和延迟测试工具，和之前进行的Sysbench RAM测试一样，它没有显示出32位和64位操作系统之间有任何性能差异，并且确认了内存性能在两种系统下的表现是相似的。

对32位和64位操作系统对基本组件（处理器和内存）性能影响的分析表明，在工业应用中，用于控制I/O端口和处理采集数据时，没有特别的理由使用64位系统。值得一提的是，CM4 Industrial 默认搭载32位Raspbian操作系统（Debian 11），这在一开始让我们感到有些意外。然而，我们最终得出结论，32位系统在软件支持方面表现更好，即与更广泛的应用程序兼容性更强，运行更稳定，相比新的64位系统更适合工业应用。这在性能方面也显得完全合理，因为两者在关键性能上并无差异。

Geekbench 5和最新的Geekbench 6测试结果非常接近，进一步证实了这款计算机属于当前中等性能水平的桌面级单板计算机（SBC）范畴。

进一步的测试，尤其是针对应用性能的测试，例如Unixbench，表明新的操作系统在某些方面优于旧版本，但我们仍然坚持认为，如果没必要的话，最好还是使用预装的操作系统。

CM4 Industrial 的基础主板是用于安装树莓派计算模块4的，它拥有大量的I/O端口和特定的连接器，可以通过这些连接器连接各种外设。它的连接能力超过了标准信用卡大小的SBC计算机，例如树莓派4。CM4 Industrial 被安装在一个带有DIN导轨安装支架的黑色金属外壳中，尺寸为147×119×28毫米。

照片：机电一体化杂志

在外壳的上侧（安装在DIN导轨时），有一个用户按钮（USER button），其功能可以通过软件定义；两个LED灯，一个红色用于指示电源状态，一个绿色可编程LED；以及一个重置按钮，它被深埋在内部，只能通过细针才能触碰到。这样可以防止设备意外重启或改变开关状态，这在工业应用中非常重要。

照片：机电一体化杂志

在它们旁边，沿着整个边缘有一系列接线端子。该系列的第一个是两个继电器输出，通向HFD3/5固态DPDT继电器（2A/30VDC，0.5A/125VAC）。之后，有一个带有两个数字输入通道（可配置为Dry或Wet）的终端。接下来的两个RS485和一个RS232端口满足行业标准。最后，修订板1.4的最后一个接线端子代码通过12位Ti ADS1015 ADC转换器提供三个模拟输入。

照片：机电一体化杂志

底在外壳的下侧，有SD卡和SIM卡的插槽。如果 CM4 Industrial 版本配备了eMMC，则SD卡插槽将被禁用，因此该插槽并不重要。但我们必须指出，插槽非常深，即使是推拉式（push-push）的SD卡也会被完全插入。只有使用非常细的工具才能取出卡片，这非常好，因为它防止了在系统运行时意外拔出卡片，从而避免了系统错误。

这里还有一个HDMI输出端口，可以传输4K60视频信号，因为SoC中集成了支持该分辨率的VideoCore Vi GPU。Linux的图形驱动程序不像其他ARM SoC那样有问题，因此在生成图像时，GLMark2得分为227，Glxgears达到1755fps，没有问题。

两个USB 2.0 Type-A端口的读取速度为40.6MB/s，写入速度为3.3MB/s。对于2.0标准来说，这些结果非常好，但同时比内置eMMC的读取速度（78MB/s）慢了一半，后者的速度也不够出色，低于预期。

以太网通过两个不同速度的端口实现，一个是10/100M，另一个是千兆以太网。第一个10/100M以太网通过额外的Microchip LAN9500A USB转以太网桥实现，占用了一条USB 2.0线路。主板上有大量USB 2.0线路，通过位于主板中心的Terminus USA FE2.1 USB 2.0集线器芯片实现。遗憾的是，这种实现方式不支持USB 3.0。第二个、速度更快的千兆以太网由CM4的SoC直接实现。

我们的型号还配备了一个有源PoE变压器。计划使用Edge时，这是一个非常好的解决方案。PoE已成为当今工业自动化的标准之一，因为它无需单独的电源线，从而减少了所需的电缆数量。最后，如果不使用PoE，则还有一个12 VDC电源输入，在该设备的1.4版中，电源的范围为9至36 VDC（请注意，以前的版本具有较低的最大电压）。

照片：机电一体化杂志

外壳通过拧开四个螺丝打开，由一个支撑主板的主体部分和一个带有DIN导轨安装支架的盖子组成，盖子上有两个用于安装外部Wi-Fi/蓝牙和4G LTE天线的孔。

照片：机电一体化杂志

当我们打开外壳时，首先映入眼帘的是一排MIPI连接器。第一个是HDMI连接器，我们以前从未在其他产品中见过这种形式，这也解释了树莓派4的第二个HDMI输出端口在哪里。接下来是一个MIPI DSI连接器，最大分辨率为1080p60，用于连接标准的7英寸树莓派触摸LCD显示屏。之后是两个MIPI CSI连接器，用于连接与树莓派兼容的摄像头，确实有许多兼容的型号可供选择。我们必须指出，外壳上没有为连接这些外设的带状电缆预留开口，但有对角线排列的通风孔，可以通过这些孔将电缆穿过。无论如何，这不是不可能的，但并不完全实用和明显。

照片：机电一体化杂志

主板通过四个螺丝固定在底座上，简单地拧开螺丝就可以轻松拆卸。在这里需要小心，因为金属外壳同时也被用作被动散热器，因此计算模块4上的SoC和Wi-Fi芯片通过热传导片与外壳相连。我们故意保留了这两片热传导片，以说明这一点。CM4上的Wi-Fi模块是双频的，覆盖2.4GHz和5GHz Wi-Fi。模块本身有一个PCB天线，但如果像在这种情况下一样安装在金属外壳内，则需要安装外部天线，并在/boot/config.txt中添加dtparam=ant2。让我们有点失望的是，无论是2.4GHz还是5GHz网络，传输速度仅为34Mbps，使用iperf3测量时，双向通道的总速度也只有三十几Mbps。

照片：机电一体化杂志

在主板的CM4一侧，还有一个Mini PCIe连接器。在我们的型号中，插入了一个Quectel EC25 Mini PCIe LTE Cat 4模块，该模块专为M2M（机器对机器）和物联网应用优化，支持最高150 Mbps的下行速度和50 Mbps的上行速度。它与现有的EDGE和GSM/GPRS网络完全兼容，从而覆盖了现有的4G和3G网络。该模块支持Qualcomm IZat Gen8C Lite技术，用于定位（支持GPS、GLONASS、BDS、Galileo和QZSS），这使得该设备非常适合用于移动单元，例如运输工具或需要从远程位置监控其移动的设备，其活动范围可能超出工厂区域，甚至覆盖整个国家或大陆。

照片：机电一体化杂志

结论

尽管 CM4 Industrial 被设计为安装在DIN导轨上的工业防护外壳中，但它也可以作为一块普通的SBC，平放在机架的侧面使用。其主板尺寸较大，垂直安装在导轨上以节省空间，但这也意味着需要一个更深的机柜。所有用于信号和过程控制的连接器都位于一侧，端子可以轻松拆卸，而通信和电源端口则位于另一侧，这使得布线更加整洁和安全。它配备了外部天线，这些天线被优雅地安装在机柜的门上，必要时也可以安装在机柜外部。

照片：机电一体化杂志

尽管该设备并非设计为可拆分使用，但其主板仍保留了标准的40针GPIO接口的可能性。在主板边缘靠近GPIO接口的地方，还有两个额外的USB 2.0端口、UART0、两个模拟输入和一个GPIO引脚的标记孔。此外，还有用于风扇PWM控制的电源连接器。内置蜂鸣器是工业应用中的标准需求，同时还有一个RTC（实时时钟）模块，配备了一个CR1220电池的插槽。

照片：机电一体化杂志

这款小型工业DIN计算机的整体印象非常好。尽管它基于树莓派4平台，而如今树莓派5已经在SBC桌面领域崭露头角，但它在桌面应用中仍然表现出令人羡慕的灵活性。

在Octane 2.0测试中，它的得分低于10,000分，这比树莓派5的得分低了两倍多。然而，由于操作系统和硬件之间的出色兼容性，实际使用中并没有让人感到明显的性能差距。随着这些已经在边缘计算（Edge）和工业物联网（IIoT）应用中得到验证的工业解决方案的出现，PLC家族必须认真考虑未来的方向。