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树莓派5专用PCIE NVME M.2 SSD固态硬盘扩展板(HAT)用户手册,PCIE x1 Gen2 Gen3

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发表于 2023-12-19 10:36:45 | 显示全部楼层 | 阅读模式
关键词: 树莓派5  Raspberry Pi5  PCIE  NVME  M.2  SSD  固态硬盘 X1 Gen2

概述:树莓派5板载一个16Pin的PCIE接口,我们可以通过该接口外挂各种PCIE设备,典型设备就是NVME SSD固态硬盘。树莓派官方对该PCIE接口的描述是PCIE x1接口,支持Gen2,用户可以自行尝试Gen3模式但官方不做保证。我司针对SSD固态硬盘扩展需求设计了多款扩展板,客户可根据自己的需求进行选择。

注意:
1,PCIE接口x1是指信号线是1 Lane,也就是一组PCIE收发信号。作为对比,PC上的固态硬盘接口是x4为主,显卡是x16为主。所以再好的固态硬盘在树莓派平台也发挥不出多少性能。相应的因为固态硬盘工作在x1模式,所以功耗也会小非常多,扩展板提供的电流足够。
2,树莓派5的PCIE x1接口默认运行在Gen2模式,也就是5Gbps带宽,和CM4一样。其实树莓派5的PCIE x1还可以运行在Gen3,但树莓派对Gen3模式不做官方保证。工作在Gen3模式的话带宽是8Gbps但会对信号完整性提出更高的要求。
3,PCIE接口使用的FPC软排线理论上需要进行90欧姆的阻抗匹配,但是实际上因为线缆较短(5cm以内),即便不做阻抗匹配性能损耗也较为有限。所以没有极端性能需求的话普通的短线FPC软排线即可。
4,SSD扩展板即可以作为存储扩展(系统从TF卡启动,SSD仅用于存储空间扩展),也可以作为启动设备,将系统写入SSD,配置好启动模式,即可从SSD启动系统(详见后文)。
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发表于 2023-12-19 10:50:06 | 显示全部楼层
产品图片:

1,2242款:
2242款支持2230和2242两种尺寸的SSD,板子尺寸相对小一些,不考虑散热器高度话可以和USB高度齐平。
2242SSD_01.jpg

2242SSD_03.jpg
2242SSD_02.jpg

2,2280款:
2280款支持2230和2242以及2280三种尺寸的SSD,板子长度比树莓派5要多3mm左右,根据不同用户的需要分两个版本布局将这3mm分别加长在左侧或者右侧。
A款(右侧凸出一个固定孔):



B款(两侧比树莓派5长出各约1.5mm):







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发表于 2023-12-19 11:07:59 | 显示全部楼层
产品安装:
1,2242款的安装
由于板子尺寸较短,所以安装高度可以低于USB高度(具体高度需视散热器高度而定)。
如果已安装原装散热器则铜柱高度需要14mm以上。
如果不安装散热器或者散热器高度较低,则只需要3cm长度的FPC软排线即可;如果安装了原装散热器则需要4-5cm长度的FPC进行连接。
SSD扩展板的电源直接从FPC接口取电,所以连接好FPC软排线后只需要将扩展板固定到树莓派5上方即可完成装配。
如果需要同时使用CSI/DSI接口,则可以考虑将2242扩展板固定到树莓派5下方,FPC排线需要5cm左右长度。

2,2280款的安装
由于要支持2280尺寸的SSD,所以板子长度比树莓派5还多出约3mm,因此扩展板只能架在树莓派5上方,需高过USB高度,所以铜柱高度需要16mm或以上。
两款2280的扩展板都会比树莓派5多出约3mm,所以分别会在两侧有凸出,如果要安装进配套外壳需要考虑给凸出部分预留空间。

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发表于 2023-12-19 11:27:32 | 显示全部楼层
产品使用:
一,用作存储扩展
请先烧写最近的树莓派官方系统版本,并在config.txt里面最后一行添加一条配置开启NVME:
dtparam=nvme

1,在树莓派系统下使用和测速;
进入系统后打开终端,输入lspci可以看到SSD的信息,然后执行ls /dev,可以看到nvme设备:
RPi5_SSD_01.jpg

然后使用hdparm进行测速:
hdparm_gen2.jpg

我们可以在config.txt里面添加一行:
dtparam=pciex1_gen=3
将模式改成gen3后进行对比测试:
hdparm_gen3.jpg
可以看到gen3比gen2速度快了将近1倍。
gen2的理论带宽是5Gbps,gen3的理论带宽是8Gbps。
更多测试数据可以进QQ群分享:
QQ群:535124319

二,用作系统启动
1,设置启动选项:sudo rpi-eeprom-config --edit
修改 BOOT_ORDER为:
BOOT_ORDER=0xf416
使能PCIE_PROBE:
PCIE_PROBE=1
然后保存退出并重启。

2,将系统写入SSD(需要SSD读卡器):可以在Windows/Linux/Mac下用Raspberry Pi Imager之类的工具将镜像写入SSD。
也可以在树莓派系统下先用TF卡启动,然后用命令行安装Imager:
sudo apt install rpi-imager
然后就可以直接在树莓派下利用SSD扩展板将镜像写入。



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发表于 2023-12-22 13:49:17 | 显示全部楼层
注意事项:
1,PCIE接口是高速信号,线长建议不要超过5cm;
2,固态盘测速仅供参考,不同厂家不同新旧的盘会有较大的差异,通常Gen2模式在400MB/s以上,Gen3模式在800MB/以上,下图为新盘测试数据:
RPi5_SSD_2230Fanxiang_Gen2.jpg


RPi5_SSD_2230Fanxiang_Gen3.jpg


3,考虑到实际安装方式有所不同,我司设计了多款方案,其中2280版本会比树莓派5板子略长,如有配套外壳需要考虑是否能装进。另,如有特殊尺寸需要可联系我们定制;
4,虽然有些固态盘上标了额定电流2A-3A,但因为树莓派5仅支持x1接口,速度也只能跑到800MB/s左右,所以实际功耗其实是很小的,我司所有SSD扩展板至少可以跑满1A足够满足绝大部分固态盘的需要(新设计已更新至支持3.3V 2A输出)。我司另有带辅助供电的版本可提供足3A甚至5A电流输出,可支持极个别功耗特别大的企业盘;


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