《機電一體化》的雜志主編，同時Aleksandar 也是《機電一體化》雜志的創始人。擁有電氣工程背景，并在專業期刊工作多年，他專注于《機電一體化》雜志的重點內容，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
• 外設和 I/O:10
• 構建質量：9
• 價格：9

優點：

1. 多種網絡選項（千兆PoE供電、2.4/5 GHz雙頻Wi-Fi、藍牙5.0、4G LTE）
2. 設計精良的金屬外殼，同時作為被動散熱器，支持DIN導軌安裝。
3. 軟件支持與穩定性在單板計算機（SBC）領域無與倫比。

缺點：

1. Wi-Fi網絡速度低于預期。
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計的實用開口。
5. 當內置eMMC的速度并不出色時，無法使用SD卡來擴展數據存儲空間。

總結：CM4 Industrial是一款高質量且精心設計的工業級單板計算機（SBC），它采用標準的樹莓派計算模塊CM4，專為安裝在DIN導軌上而設計，配備了RS232、RS485端口，以及模擬和數字隔離輸入以及繼電器輸出。它適用于邊緣計算（Edge）和工業物聯網（IIoT）應用，因為其具備千兆以太網供電（PoE）、4G LTE、2.4/5 GHz Wi-Fi和藍牙5.0功能。開源代碼和單板計算機（SBC）已經進入工業應用領域。在過去幾年中，基于這些技術的解決方案被證明是可靠的，并且能夠動態地適應需求的變化，同時與全球范圍內的法規變更和認證程序保持一致。產品開發需要時間和投入，因此硬件和軟件平臺在較長時期內的持續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準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級防護外殼中，使其能夠安裝在DIN導軌上，并增加UPS和符合工業標準的I/O連接器，我們打造了一款真正的工業級單板計算機平臺。通過控制I/O端口，以及連接傳感器和執行器的能力，結合強大的ARM處理器和足以支持多路4K顯示的GPU單元，我們獲得了開發適合專業使用的定制解決方案的優秀平臺。CM4 Industrial 正是這樣一款根據其規格為工業應用量身定制的計算機，主要用于邊緣計算（Edge）和工業物聯網（IoT）應用。

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）設計。在我們從上海晶珩的官方經銷商獲得的型號中，配置了4 GB LPDDR4-3200 RAM和32 GB的eMMC模塊。此外，該系列產品還提供其他內存配置選項，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，加密性能表現不佳。模塊上的4 GB內存，無論我們運行的是64位還是32位的Raspbian操作系統，都達到了幾乎相同的性能表現，這遠低于現代采用LPDDR4X內存的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存帶寬和延遲測試工具，和之前進行的Sysbench RAM測試一樣，它沒有顯示出32位和64位操作系統之間有任何性能差異，并且確認了內存性能在兩種系統下的表現是相似的。

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

Geekbench 5和最新的Geekbench 6測試結果非常接近，進一步證實了這款計算機屬于當前中等性能水平的桌面級單板計算機（SBC）范疇。

進一步的測試，尤其是針對應用性能的測試，例如Unixbench，表明新的操作系統在某些方面優于舊版本，但我們仍然堅持認為，如果沒必要的話，最好還是使用預裝的操作系統。

CM4 Industrial 的基礎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。它的連接能力超過了標準信用卡大小的SBC計算機，例如樹莓派4。CM4 Industrial 被安裝在一個帶有DIN導軌安裝支架的黑色金屬外殼中，尺寸為147×119×28毫米。

照片：機電一體化雜志

在外殼的上側（安裝在DIN導軌時），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，一個綠色可編程LED；以及一個重置按鈕，它被深埋在內部，只能通過細針才能觸碰到。這樣可以防止設備意外重啟或改變開關狀態，這在工業應用中非常重要。

照片：機電一體化雜志

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DPDT繼電器（2A/30VDC，0.5A/125VAC）。之后，有一個帶有兩個數字輸入通道（可配置為Dry或Wet）的終端。接下來的兩個RS485和一個RS232端口滿足行業標準。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轉換器提供三個模擬輸入。

照片：機電一體化雜志

底在外殼的下側，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。只有使用非常細的工具才能取出卡片，這非常好，因為它防止了在系統運行時意外拔出卡片，從而避免了系統錯誤。

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標準來說，這些結果非常好，但同時比內置eMMC的讀取速度（78MB/s）慢了一半，后者的速度也不夠出色，低于預期。

以太網通過兩個不同速度的端口實現，一個是10/100M，另一個是千兆以太網。第一個10/100M以太網通過額外的Microchip LAN9500A USB轉以太網橋實現，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。遺憾的是，這種實現方式不支持USB 3.0。第二個、速度更快的千兆以太網由CM4的SoC直接實現。

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已成為當今工業自動化的標準之一，因為它無需單獨的電源線，從而減少了所需的電纜數量。最后，如果不使用PoE，則還有一個12 VDC電源輸入，在該設備的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/藍牙和4G LTE天線的孔。

照片：機電一體化雜志

當我們打開外殼時，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，用于連接標準的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的帶狀電纜預留開口，但有對角線排列的通風孔，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芯片通過熱傳導片與外殼相連。我們故意保留了這兩片熱傳導片，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，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網絡，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：機電一體化雜志

在主板的CM4一側，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（機器對機器）和物聯網應用優化，支持最高150 Mbps的下行速度和50 Mbps的上行速度。它與現有的EDGE和GSM/GPRS網絡完全兼容，從而覆蓋了現有的4G和3G網絡。該模塊支持Qualcomm IZat Gen8C Lite技術，用于定位（支持GPS、GLONASS、BDS、Galileo和QZSS），這使得該設備非常適合用于移動單元，例如運輸工具或需要從遠程位置監控其移動的設備，其活動范圍可能超出工廠區域，甚至覆蓋整個國家或大陸。

照片：機電一體化雜志

結論

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

照片：機電一體化雜志

盡管該設備并非設計為可拆分使用，但其主板仍保留了標準的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引腳的標記孔。此外，還有用于風扇PWM控制的電源連接器。內置蜂鳴器是工業應用中的標準需求，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：機電一體化雜志

這款小型工業DIN計算機的整體印象非常好。盡管它基于樹莓派4平臺，而如今樹莓派5已經在SBC桌面領域嶄露頭角，但它在桌面應用中仍然表現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。隨著這些已經在邊緣計算（Edge）和工業物聯網（IIoT）應用中得到驗證的工業解決方案的出現，PLC家族必須認真考慮未來的方向。