摘要：CM4 Industrial 是一款高品质、精心设计的工业级单板计算机（SBC）。它基于标准的树莓派计算模块 CM4 开发，专为安装在 DIN 导轨上而设计。该设备配备了 RS232 和 RS485 接口，以及模拟和数字隔离输入以及继电器输出，能够满足多种工业

文章作者：Aleksandar Dakić

杂志《机电一体化》的主编Aleksandar Dakić，同时也是该杂志的创始人，拥有电气工程背景，专注于推动行业技术发展。以下是对上海晶珩CM4 Industrial的详细评测。

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：

丰富的网络选项：支持千兆以太网供电（PoE）、2.4/5 GHz双频Wi-Fi、蓝牙5.0和4G LTE，满足多种工业场景的网络需求。

坚固耐用的设计：采用金属外壳，兼具被动散热功能，支持DIN导轨安装，适应工业环境的严苛要求。

强大的软件支持：在单板计算机领域，其软件稳定性和兼容性无与伦比，特别适合需要长期稳定运行的工业应用。

缺点：

Wi-Fi网络速度低于预期，传输速度仅为34Mbps，未能充分发挥其双频Wi-Fi的潜力。

虽然有用于控制的连接器，但缺乏主动散热功能，仅依靠金属外壳的被动散热。

尽管提供了多个USB 2.0端口，但缺少USB 3.0端口，限制了高速数据传输的能力。

外壳上没有为MIPI摄像头和附加显示器电缆预留实用开口，虽然可以通过通风孔连接，但不够方便。

内置eMMC的读写速度表现一般，且无法通过SD卡扩展存储空间，限制了数据存储的灵活性。

总结：

CM4 Industrial 是一款高品质、精心设计的工业级单板计算机（SBC）。它基于标准的树莓派计算模块 CM4 开发，专为安装在 DIN 导轨上而设计。该设备配备了 RS232 和 RS485 接口，以及模拟和数字隔离输入以及继电器输出，能够满足多种工业场景的需求。凭借其千兆以太网供电（PoE）、4G LTE、2.4/5 GHz Wi-Fi 和蓝牙 5.0 功能，CM4 Industrial 特别适用于边缘计算（Edge）和工业物联网（IIoT）应用。

近年来，开源代码和单板计算机（SBC）已逐渐进入工业应用领域。基于这些技术的解决方案已被证明是可靠的，并且能够灵活适应需求的变化，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间内的持续可用性至关重要。选择树莓派平台不仅是因为其广泛的应用基础，还因为其拥有庞大的软件支持和大量用户群体。特别是那些接受过标准 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。

CM4 Industrial 结合了强大的 ARM 处理器和足以支持多路 4K 显示的 GPU 单元，能够通过控制 I/O 端口以及连接传感器和执行器，为开发适合专业使用的定制解决方案提供了优秀的平台。它是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（IIoT）应用。

硬件、软件和性能

CM4 Industrial 是基于树莓派计算模块4（Raspberry Pi Compute Module 4，简称CM4）开发的。我们从上海晶珩的官方经销商处获取的型号配备了4 GB LPDDR4-3200 RAM以及32 GB的eMMC存储模块。此外，该系列产品还提供了多种内存配置选项，包括2 GB和8 GB的RAM版本，以及8 GB和16 GB的eMMC存储选项。

CM4 Industrial 的核心模块搭载了广受欢迎的Broadcom BCM2711芯片。这是一款四核Cortex-A72（ARM v8架构）64位系统级芯片（SoC），主频为1.5 GHz。它与树莓派4所使用的SoC完全一致。在我们的测试中，CM4在Sysbench CPU测试中的表现与树莓派4几乎毫无二致。

Broadcom BCM2711 SoC存在一个已知问题，即其硬件加密功能被禁用。这在需要进行大量加密计算的应用场景中可能会成为性能瓶颈。在使用OpenSSL进行加密性能测试时，BCM2711的表现不如其他常见的ARM解决方案。

无论运行的是64位还是32位的Raspbian操作系统，模块上的4 GB内存所表现出的性能几乎完全一致。然而，这一性能水平远远低于现代采用LPDDR4X内存的ARM处理器，例如树莓派5型号。

Tinymembench 是一种较为简单的内存带宽和延迟测试工具。与之前的 Sysbench RAM 测试结果一致，它也未能显示出 32 位和 64 位操作系统之间存在任何性能差异，并进一步确认了在两种操作系统下，内存性能的表现是相似的。

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，似乎并没有特别的理由使用64位系统。值得一提的是，CM4 Industrial 默认搭载的是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，经过深入研究，我们最终得出结论：32位系统在软件支持方面表现更为出色，具有更强的与广泛应用程序的兼容性，运行也更加稳定，相比新的64位系统更适合工业应用。从性能角度来看，这一结论也完全合理，因为两者在关键性能上并无显著差异。

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），表明新操作系统在某些方面确实优于旧版本。然而，我们仍然认为，如果没有必要的话，最好还是使用预装的操作系统。

CM4 Industrial 的基础主板专为安装树莓派计算模块4而设计。它配备了丰富的I/O端口和特定的连接器，能够通过这些接口连接各种外设。其连接能力显著优于标准信用卡大小的单板计算机（SBC），例如树莓派4。CM4 Industrial 被安装在一个黑色金属外壳中，外壳尺寸为147×119×28毫米，并配备DIN导轨安装支架，便于在工业环境中使用。

在外壳的顶部（即安装在DIN导轨时的上方），配备了一个用户按钮（USER button），其功能可以通过软件进行自定义设置；两个LED指示灯，其中红色LED用于显示电源状态，绿色LED为可编程LED，可根据需要进行配置；以及一个重置按钮。该重置按钮被设计在内部较深的位置，只能通过细针才能触发。这种设计可以有效防止设备意外重启或开关状态的误操作，这对于工业应用来说至关重要。

沿着整个边缘，紧邻上述组件的是一系列接线端子。该系列的第一个组件是两个继电器输出，连接至HFD3/5固态DPDT继电器（额定电流为2A/30VDC，0.5A/125VAC）。紧接着是一个带有两个数字输入通道的终端，这些通道可配置为“干接点（Dry）”或“湿接点（Wet）”。之后是两个符合行业标准的RS485端口和一个RS232端口。最后，在修订版1.4的主板上，最后一个接线端子通过12位的Ti ADS1015模数转换器（ADC）提供三个模拟输入通道。

在外壳的下侧，设有SD卡和SIM卡插槽。如果CM4 Industrial版本配备了eMMC模块，则SD卡插槽会被禁用，因此该插槽的实际用途不大。然而，值得注意的是，插槽设计得非常深，即使是推拉式（push-push）SD卡也会被完全插入。只有使用非常细的工具才能将卡片取出，这种设计非常好，因为它有效防止了在系统运行时意外拔出卡片，从而避免了可能引发的系统错误。

此外，这里还配备了一个HDMI输出端口，能够传输4K60视频信号，这得益于SoC中集成的支持该分辨率的VideoCore VI GPU。与一些其他ARM SoC不同，Linux的图形驱动程序在此设备上表现良好。在图像生成测试中，GLMark2得分为227，Glxgears达到1755fps，性能表现稳定。

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USB 2.0标准来说，这些速度表现不错，但与内置eMMC的读取速度（78MB/s）相比，慢了一半。而eMMC的读取速度本身也未达到预期，表现欠佳。

以太网功能通过两个不同速度的端口实现：一个是10/100M以太网，另一个是千兆以太网。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。主板上大量的USB 2.0线路由位于主板中心的Terminus USA FE2.1 USB 2.0集线器芯片实现。遗憾的是，这种设计不支持USB 3.0。而速度更快的千兆以太网则由CM4的SoC直接实现。

我们的型号还配备了一个有源PoE（以太网供电）变压器。对于计划在工业环境中使用Edge的场景来说，这是一个非常实用的解决方案。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。如果不使用PoE，则设备还提供了一个12VDC电源输入。在该设备的1.4版本中，电源输入范围为9至36VDC（请注意，以前的版本具有较低的最大电压）。

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。

当我们打开外壳时，首先看到的是一排MIPI连接器。第一个是MIPI DSI连接器，用于连接标准的7英寸树莓派触摸LCD显示屏，最大支持1080p60分辨率。紧随其后的是两个MIPI CSI连接器，用于连接与树莓派兼容的摄像头，市面上有许多型号可供选择。值得注意的是，外壳上并未为这些外设的带状电缆预留开口。不过，外壳上有对角线排列的通风孔，可以通过这些孔将电缆穿过。虽然这种方法并非不可能，但并不十分实用，也缺乏直观性。

主板通过四个螺丝固定在底座上，拧开螺丝即可轻松将其拆卸。不过，在拆卸过程中需要格外小心，因为金属外壳同时充当被动散热器的角色。计算模块4上的SoC和Wi-Fi芯片通过热传导片与外壳相连。我们特意保留了这两片热传导片，以展示这种散热设计。

CM4上的Wi-Fi模块支持双频，覆盖2.4GHz和5GHz Wi-Fi。模块本身配备了一个PCB天线，但如果安装在金属外壳内（如本案例），则需要安装外部天线，并在/boot/config.txt文件中添加dtparam=ant2参数。

然而，让我们感到有些失望的是，无论是2.4GHz还是5GHz网络，其传输速度仅为34Mbps。使用iperf3进行测量时，双向通道的总速度也仅为三十几Mbps。

在主板的 CM4 一侧，还配备了一个 Mini PCIe 连接器。在我们的设备型号中，安装了一个 Quectel EC25 Mini PCIe LTE Cat 4 模块。该模块专为 M2M（机器对机器）和物联网应用进行了优化，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，从而能够覆盖现有的 4G 和 3G 网络。

此外，该模块支持 Qualcomm IZat Gen8C Lite 技术，用于定位功能，支持 GPS、GLONASS、BDS、Galileo 和 QZSS 等多种卫星导航系统。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。

结论

虽然CM4 Industrial被设计为安装在DIN导轨上的工业防护外壳中，但它同样可以作为一块普通的单板计算机（SBC），平放在机架侧面使用。其主板尺寸较大，垂直安装在导轨上能够有效节省空间，但这也意味着需要一个更深的机柜来容纳它。所有用于信号和过程控制的连接器都集中在一侧，端子可以轻松拆卸，而通信和电源端口则位于另一侧，这种布局使得布线更加整洁和安全。此外，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。

尽管该设备并非设计为可拆分使用，但其主板仍然保留了标准的40针GPIO接口的兼容性。在主板边缘靠近GPIO接口的位置，还配备了两个额外的USB 2.0端口、UART0接口、两个模拟输入接口以及一个GPIO引脚的标记孔。此外，还设有一个用于风扇PWM控制的电源连接器。

内置蜂鸣器是工业应用中的标准配置，用于发出警报或提示音。同时，设备还配备了一个RTC（实时时钟）模块，并设有一个CR1220电池的插槽，用于在断电时保持时间的准确记录。

这款小型工业DIN计算机给人的整体印象非常出色。尽管它基于树莓派4平台，而目前树莓派5已经在SBC桌面领域崭露头角，但它在桌面应用中依然展现出令人羡慕的灵活性。

在Octane 2.0测试中，其得分低于10,000分，这一成绩比树莓派5低了两倍多。然而，由于操作系统与硬件之间出色的兼容性，在实际使用中并没有让人感受到明显的性能差距。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。

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来源：上海晶珩