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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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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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。





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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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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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：


然后使用hdparm进行测速：


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：

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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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：






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；