《機(jī)電一體化》的雜志主編，同時Aleksandar 也是《機(jī)電一體化》雜志的創(chuàng)始人。擁有電氣工程背景，并在專業(yè)期刊工作多年，他專注于《機(jī)電一體化》雜志的重點內(nèi)容，并推動多項倡議。

上海晶珩 CM4 Industrial總分：9分

• 性能：7
• 軟件支持：10
• 外設(shè)和 I/O:10
• 構(gòu)建質(zhì)量：9
• 價格：9

優(yōu)點：

1. 多種網(wǎng)絡(luò)選項（千兆PoE供電、2.4/5 GHz雙頻Wi-Fi、藍(lán)牙5.0、4G LTE）
2. 設(shè)計精良的金屬外殼，同時作為被動散熱器，支持DIN導(dǎo)軌安裝。
3. 軟件支持與穩(wěn)定性在單板計算機(jī)（SBC）領(lǐng)域無與倫比。

缺點：

1. Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)速度低于預(yù)期。
2. 雖然有用于控制它的連接器，但沒有主動散熱功能。
3. 盡管有眾多USB 2.0端口，但沒有一個USB 3.0端口。
4. 沒有為MIPI攝像頭和附加顯示器電纜設(shè)計的實用開口。
5. 當(dāng)內(nèi)置eMMC的速度并不出色時，無法使用SD卡來擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲空間。

總結(jié)：CM4 Industrial是一款高質(zhì)量且精心設(shè)計的工業(yè)級單板計算機(jī)（SBC），它采用標(biāo)準(zhǔn)的樹莓派計算模塊CM4，專為安裝在DIN導(dǎo)軌上而設(shè)計，配備了RS232、RS485端口，以及模擬和數(shù)字隔離輸入以及繼電器輸出。它適用于邊緣計算（Edge）和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）應(yīng)用，因為其具備千兆以太網(wǎng)供電（PoE）、4G LTE、2.4/5 GHz Wi-Fi和藍(lán)牙5.0功能。開源代碼和單板計算機(jī)（SBC）已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。在過去幾年中，基于這些技術(shù)的解決方案被證明是可靠的，并且能夠動態(tài)地適應(yīng)需求的變化，同時與全球范圍內(nèi)的法規(guī)變更和認(rèn)證程序保持一致。產(chǎn)品開發(fā)需要時間和投入，因此硬件和軟件平臺在較長時期內(nèi)的持續(xù)可用性是必不可少的。選擇樹莓派平臺，它不僅廣泛存在，還擁有龐大的軟件支持和大量用戶，尤其是那些接受過標(biāo)準(zhǔn)STEM教育的年輕工程師，他們能夠熟練操作這一平臺。通過將其封裝在工業(yè)級防護(hù)外殼中，使其能夠安裝在DIN導(dǎo)軌上，并增加UPS和符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的I/O連接器，我們打造了一款真正的工業(yè)級單板計算機(jī)平臺。通過控制I/O端口，以及連接傳感器和執(zhí)行器的能力，結(jié)合強(qiáng)大的ARM處理器和足以支持多路4K顯示的GPU單元，我們獲得了開發(fā)適合專業(yè)使用的定制解決方案的優(yōu)秀平臺。CM4 Industrial 正是這樣一款根據(jù)其規(guī)格為工業(yè)應(yīng)用量身定制的計算機(jī)，主要用于邊緣計算（Edge）和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用。

硬件、軟件和性能

CM4 Industrial 基于樹莓派計算模塊4（Raspberry Pi Compute Module 4，簡稱CM4）設(shè)計。在我們從上海晶珩的官方經(jīng)銷商獲得的型號中，配置了4 GB LPDDR4-3200 RAM和32 GB的eMMC模塊。此外，該系列產(chǎn)品還提供其他內(nèi)存配置選項，包括2 GB和8 GB的RAM版本，以及8 GB、16 GB的eMMC選項。

照片：機(jī)電一體化雜志

CM4 Industrial 的核心模塊采用了廣為人知的Broadcom BCM2711，這是一款四核Cortex-A72（ARM v8）64位SoC，運行頻率為1.5 GHz。它與樹莓派4型號中使用的SoC完全相同，根據(jù)我們的測試，在Sysbench CPU測試中，CM4的性能與樹莓派4幾乎一致。

Broadcom BCM2711 SoC的一個已知問題是其硬件加密功能被禁用，這在某些應(yīng)用中可能會成為瓶頸。在OpenSSL測試中，BCM2711與其他常見的ARM解決方案相比，加密性能表現(xiàn)不佳。模塊上的4 GB內(nèi)存，無論我們運行的是64位還是32位的Raspbian操作系統(tǒng)，都達(dá)到了幾乎相同的性能表現(xiàn)，這遠(yuǎn)低于現(xiàn)代采用LPDDR4X內(nèi)存的ARM處理器的性能水平，比如樹莓派5型號。

Tinymembench是一種相對簡單的內(nèi)存帶寬和延遲測試工具，和之前進(jìn)行的Sysbench RAM測試一樣，它沒有顯示出32位和64位操作系統(tǒng)之間有任何性能差異，并且確認(rèn)了內(nèi)存性能在兩種系統(tǒng)下的表現(xiàn)是相似的。

對32位和64位操作系統(tǒng)對基本組件（處理器和內(nèi)存）性能影響的分析表明，在工業(yè)應(yīng)用中，用于控制I/O端口和處理采集數(shù)據(jù)時，沒有特別的理由使用64位系統(tǒng)。值得一提的是，CM4 Industrial 默認(rèn)搭載32位Raspbian操作系統(tǒng)（Debian 11），這在一開始讓我們感到有些意外。然而，我們最終得出結(jié)論，32位系統(tǒng)在軟件支持方面表現(xiàn)更好，即與更廣泛的應(yīng)用程序兼容性更強(qiáng)，運行更穩(wěn)定，相比新的64位系統(tǒng)更適合工業(yè)應(yīng)用。這在性能方面也顯得完全合理，因為兩者在關(guān)鍵性能上并無差異。

Geekbench 5和最新的Geekbench 6測試結(jié)果非常接近，進(jìn)一步證實了這款計算機(jī)屬于當(dāng)前中等性能水平的桌面級單板計算機(jī)（SBC）范疇。

進(jìn)一步的測試，尤其是針對應(yīng)用性能的測試，例如Unixbench，表明新的操作系統(tǒng)在某些方面優(yōu)于舊版本，但我們?nèi)匀粓猿终J(rèn)為，如果沒必要的話，最好還是使用預(yù)裝的操作系統(tǒng)。

CM4 Industrial 的基礎(chǔ)主板是用于安裝樹莓派計算模塊4的，它擁有大量的I/O端口和特定的連接器，可以通過這些連接器連接各種外設(shè)。它的連接能力超過了標(biāo)準(zhǔn)信用卡大小的SBC計算機(jī)，例如樹莓派4。CM4 Industrial 被安裝在一個帶有DIN導(dǎo)軌安裝支架的黑色金屬外殼中，尺寸為147×119×28毫米。

照片：機(jī)電一體化雜志

在外殼的上側(cè)（安裝在DIN導(dǎo)軌時），有一個用戶按鈕（USER button），其功能可以通過軟件定義；兩個LED燈，一個紅色用于指示電源狀態(tài)，一個綠色可編程LED；以及一個重置按鈕，它被深埋在內(nèi)部，只能通過細(xì)針才能觸碰到。這樣可以防止設(shè)備意外重啟或改變開關(guān)狀態(tài)，這在工業(yè)應(yīng)用中非常重要。

照片：機(jī)電一體化雜志

在它們旁邊，沿著整個邊緣有一系列接線端子。該系列的第一個是兩個繼電器輸出，通向HFD3/5固態(tài)DPDT繼電器（2A/30VDC，0.5A/125VAC）。之后，有一個帶有兩個數(shù)字輸入通道（可配置為Dry或Wet）的終端。接下來的兩個RS485和一個RS232端口滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。最后，修訂板1.4的最后一個接線端子代碼通過12位Ti ADS1015 ADC轉(zhuǎn)換器提供三個模擬輸入。

照片：機(jī)電一體化雜志

底在外殼的下側(cè)，有SD卡和SIM卡的插槽。如果 CM4 Industrial 版本配備了eMMC，則SD卡插槽將被禁用，因此該插槽并不重要。但我們必須指出，插槽非常深，即使是推拉式（push-push）的SD卡也會被完全插入。只有使用非常細(xì)的工具才能取出卡片，這非常好，因為它防止了在系統(tǒng)運行時意外拔出卡片，從而避免了系統(tǒng)錯誤。

這里還有一個HDMI輸出端口，可以傳輸4K60視頻信號，因為SoC中集成了支持該分辨率的VideoCore Vi GPU。Linux的圖形驅(qū)動程序不像其他ARM SoC那樣有問題，因此在生成圖像時，GLMark2得分為227，Glxgears達(dá)到1755fps，沒有問題。

兩個USB 2.0 Type-A端口的讀取速度為40.6MB/s，寫入速度為3.3MB/s。對于2.0標(biāo)準(zhǔn)來說，這些結(jié)果非常好，但同時比內(nèi)置eMMC的讀取速度（78MB/s）慢了一半，后者的速度也不夠出色，低于預(yù)期。

以太網(wǎng)通過兩個不同速度的端口實現(xiàn)，一個是10/100M，另一個是千兆以太網(wǎng)。第一個10/100M以太網(wǎng)通過額外的Microchip LAN9500A USB轉(zhuǎn)以太網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)，占用了一條USB 2.0線路。主板上有大量USB 2.0線路，通過位于主板中心的Terminus USA FE2.1 USB 2.0集線器芯片實現(xiàn)。遺憾的是，這種實現(xiàn)方式不支持USB 3.0。第二個、速度更快的千兆以太網(wǎng)由CM4的SoC直接實現(xiàn)。

我們的型號還配備了一個有源PoE變壓器。計劃使用Edge時，這是一個非常好的解決方案。PoE已成為當(dāng)今工業(yè)自動化的標(biāo)準(zhǔn)之一，因為它無需單獨的電源線，從而減少了所需的電纜數(shù)量。最后，如果不使用PoE，則還有一個12 VDC電源輸入，在該設(shè)備的1.4版中，電源的范圍為9至36 VDC（請注意，以前的版本具有較低的最大電壓）。

照片：機(jī)電一體化雜志

外殼通過擰開四個螺絲打開，由一個支撐主板的主體部分和一個帶有DIN導(dǎo)軌安裝支架的蓋子組成，蓋子上有兩個用于安裝外部Wi-Fi/藍(lán)牙和4G LTE天線的孔。

照片：機(jī)電一體化雜志

當(dāng)我們打開外殼時，首先映入眼簾的是一排MIPI連接器。第一個是HDMI連接器，我們以前從未在其他產(chǎn)品中見過這種形式，這也解釋了樹莓派4的第二個HDMI輸出端口在哪里。接下來是一個MIPI DSI連接器，最大分辨率為1080p60，用于連接標(biāo)準(zhǔn)的7英寸樹莓派觸摸LCD顯示屏。之后是兩個MIPI CSI連接器，用于連接與樹莓派兼容的攝像頭，確實有許多兼容的型號可供選擇。我們必須指出，外殼上沒有為連接這些外設(shè)的帶狀電纜預(yù)留開口，但有對角線排列的通風(fēng)孔，可以通過這些孔將電纜穿過。無論如何，這不是不可能的，但并不完全實用和明顯。

照片：機(jī)電一體化雜志

主板通過四個螺絲固定在底座上，簡單地擰開螺絲就可以輕松拆卸。在這里需要小心，因為金屬外殼同時也被用作被動散熱器，因此計算模塊4上的SoC和Wi-Fi芯片通過熱傳導(dǎo)片與外殼相連。我們故意保留了這兩片熱傳導(dǎo)片，以說明這一點。CM4上的Wi-Fi模塊是雙頻的，覆蓋2.4GHz和5GHz Wi-Fi。模塊本身有一個PCB天線，但如果像在這種情況下一樣安裝在金屬外殼內(nèi)，則需要安裝外部天線，并在/boot/config.txt中添加dtparam=ant2。讓我們有點失望的是，無論是2.4GHz還是5GHz網(wǎng)絡(luò)，傳輸速度僅為34Mbps，使用iperf3測量時，雙向通道的總速度也只有三十幾Mbps。

照片：機(jī)電一體化雜志

在主板的CM4一側(cè)，還有一個Mini PCIe連接器。在我們的型號中，插入了一個Quectel EC25 Mini PCIe LTE Cat 4模塊，該模塊專為M2M（機(jī)器對機(jī)器）和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用優(yōu)化，支持最高150 Mbps的下行速度和50 Mbps的上行速度。它與現(xiàn)有的EDGE和GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)完全兼容，從而覆蓋了現(xiàn)有的4G和3G網(wǎng)絡(luò)。該模塊支持Qualcomm IZat Gen8C Lite技術(shù)，用于定位（支持GPS、GLONASS、BDS、Galileo和QZSS），這使得該設(shè)備非常適合用于移動單元，例如運輸工具或需要從遠(yuǎn)程位置監(jiān)控其移動的設(shè)備，其活動范圍可能超出工廠區(qū)域，甚至覆蓋整個國家或大陸。

照片：機(jī)電一體化雜志

結(jié)論

盡管 CM4 Industrial 被設(shè)計為安裝在DIN導(dǎo)軌上的工業(yè)防護(hù)外殼中，但它也可以作為一塊普通的SBC，平放在機(jī)架的側(cè)面使用。其主板尺寸較大，垂直安裝在導(dǎo)軌上以節(jié)省空間，但這也意味著需要一個更深的機(jī)柜。所有用于信號和過程控制的連接器都位于一側(cè)，端子可以輕松拆卸，而通信和電源端口則位于另一側(cè)，這使得布線更加整潔和安全。它配備了外部天線，這些天線被優(yōu)雅地安裝在機(jī)柜的門上，必要時也可以安裝在機(jī)柜外部。

照片：機(jī)電一體化雜志

盡管該設(shè)備并非設(shè)計為可拆分使用，但其主板仍保留了標(biāo)準(zhǔn)的40針GPIO接口的可能性。在主板邊緣靠近GPIO接口的地方，還有兩個額外的USB 2.0端口、UART0、兩個模擬輸入和一個GPIO引腳的標(biāo)記孔。此外，還有用于風(fēng)扇PWM控制的電源連接器。內(nèi)置蜂鳴器是工業(yè)應(yīng)用中的標(biāo)準(zhǔn)需求，同時還有一個RTC（實時時鐘）模塊，配備了一個CR1220電池的插槽。

照片：機(jī)電一體化雜志

這款小型工業(yè)DIN計算機(jī)的整體印象非常好。盡管它基于樹莓派4平臺，而如今樹莓派5已經(jīng)在SBC桌面領(lǐng)域嶄露頭角，但它在桌面應(yīng)用中仍然表現(xiàn)出令人羨慕的靈活性。

在Octane 2.0測試中，它的得分低于10,000分，這比樹莓派5的得分低了兩倍多。然而，由于操作系統(tǒng)和硬件之間的出色兼容性，實際使用中并沒有讓人感到明顯的性能差距。隨著這些已經(jīng)在邊緣計算（Edge）和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）應(yīng)用中得到驗證的工業(yè)解決方案的出現(xiàn)，PLC家族必須認(rèn)真考慮未來的方向。