看看人家都用树莓派CM5做了什么产品？

文章作者：Aleksandar Daki?

原文地址：

https://magazinmehatronika.com/edatec-ipc3120-recenzija/

Aleksandar Daki?《机电一体化》的杂志主编，同时Aleksandar 也是《机电一体化》杂志的创始人。他专注于《机电一体化》杂志的重点内容，拥有电气工程背景，并在专业期刊工作多年。

新品 ED-IPC3120 工业计算机凝聚了上海晶珩多年基于Raspberry Pi平台开发工业解决方案的深厚经验。相比上一个测试产品CM4 Industrial，IPC3120在性能上实现了显著提升，不仅具备强大的数据处理能力，更将多媒体AI功能拓展至边缘计算领域，同时兼具低功耗与出色的网络连接性能。

优点

具备Modbus RS232和RS485接口

Wi-Fi、蓝牙、千兆以太网、100 Mb以太网和4G LTE（可选）使其成为出色的移动连接平台

大量视频输出接口，配备摄像头输入和音频输入/输出线路

配备M.2接口，可安装AI模块或SSD

出色的软件支持和丰富的文献资料，确保运行可靠

被动散热完全满足需求

超级电容器防止设备意外断电

缺点

机箱上没有MIPI、音频和GPIO线缆的接口

看门狗功能尚未得到软件支持

没有电源开关按钮

基于 Raspberry Pi CM5 模块的工业计算机已全面取代采用 CM4 的前代产品，在技术层面确立了新的领先优势。从我们此前对两款计算模块的对比测试中可以看出，从 CM4 升级至 CM5 所带来的性能提升尤为显著。我们曾于 2024 年 5 月介绍过的上海晶珩 CM4 Industrial，凭借 Raspberry Pi CM4 模块，提供了 Modbus 通信、数字和模拟 I/O 接口，以及对多媒体与数据外设的强大支持，成为一款功能丰富的工业解决方案。如今，我们获得了由上海晶珩提供的最新 IPC3120 工业计算机，并对其进行了深入评测，以探究升级至当前性能最强的 CM5 平台所带来的具体优势。

硬件

与上海晶珩的其他工业级产品一样，IPC3210 采用全金属外壳设计，并可通过安装支架固定在 DIN 导轨上。这种结构确保设备即使在 IoT 环境中边缘计算所面临的严苛工况下，也能保持稳定可靠的运行。设备机箱尺寸为 143 × 100 × 35 mm，仅需占用 35 mm 的导轨空间，结构紧凑，便于集成。不过，该外壳并不具备防尘和防潮功能，因此建议将设备安装在合适的机柜中，以提供必要的防护。

机箱的整个左侧设计为肋状被动散热器，用于散发处理器产生的热量。在安装时，应确保肋片方向的空气流通畅通无阻。机箱内部未配备主动散热装置。在我们的压力测试中，当环境温度为27°C时，处理器温度未超过56°C，ADC转换器的温度也未超过63°C。整个测试持续了三小时，温度在一小时后便达到了稳定状态。

上海晶珩为Raspberry Pi 5平台提供了多种被动散热方案，我们在之前的文章中曾介绍过，这些方案都表现出良好的散热效果。它们均采用大型金属散热器，通过热传导将热量散发到周围环境中。在上海晶珩 CM4 Industrial 中，类似的散热器被安装在金属机箱内部，热量通过小型外部开口排出。该设备中的 ARM Cortex-A72 内核相较于这款 CM5 模块中 Broadcom BCM2712 SoC 所采用的新型 ARM Cortex-A78 内核发热量更低。尽管如此，我们当时仍担心其封闭结构可能需要主动散热。而在 IPC3210 中，散热器被设计在机箱外部，且尺寸（143 x 100 mm）明显大于上海晶珩其他被动散热方案。因此，即使处理器长时间处于满负荷运行状态，也不会出现过热问题。

这款安装在 DIN 导轨上的工业计算机，其前面板集成了所有通信接口、电源接口以及状态指示灯。所有 LED 指示灯均为绿色，仅电源指示灯（PWR）为红色，用于指示设备已通电。ACT 指示灯在设备正常运行时持续闪烁，表示软件功能正常。USER 指示灯的功能可由用户自定义编程。4G 指示灯在 4G LTE 网络模块激活时亮起。四个 COM 指示灯分别对应四个串口，用于显示各端口的数据传输状态。

电源通过带有螺丝固定装置的 3.5 mm Phoenix 双针端子接入。设备需要标准的 9–36 VDC 工业电源，最大输出功率为 24 W。根据我们的测试，在未运行额外程序的情况下，上海晶珩 IPC3120 在桌面模式下的功耗仅为 6.3 W。尽管在系统启动瞬间，功耗可能短暂上升至 8.5 W，但电源输入端具备过流、过压及反接保护功能，确保设备供电安全可靠。

上海晶珩 IPC3100 系列的所有型号均配备 CR1220 RTC 电池座，并可选配总容量为 1 F 的超级电容器模块。在电源中断的情况下，该模块可在预设的 60 秒内为电源输入端提供 5 V DC 电压，确保系统有足够时间完成安全关机或数据保存操作。我们的测试结果显示，在系统处于桌面模式且未运行任何额外程序的情况下，超级电容器模块可维持设备运行约 30 秒。

电源连接器下方设有一个 3.5 mm 立体声耳机输出接口和一个单声道麦克风输入接口。该音频接口仅在 IPC3120 型号上配备，其他型号不具备内置音频功能。在 PCB 板上，靠近该音频接口的位置设有一个四针白色连接器，用于直接连接立体声输出和麦克风输入。当将 3.5 mm 香蕉插头插入音频插孔时，音频信号会自动从白色连接器断开，并切换至外部接口输出。此外，主板上还集成了一个可通过软件控制的蜂鸣器，便于用户进行状态提示或报警操作。

接下来是一个带有 Modbus（RS232 和 RS485）接口的十二针 3.5 mm Phoenix 连接器。在我们测试的这款设备上，上部的两个通信端口为 RS232（TX1/RX1 和 TX3/RX3），下部的两个端口为 RS485（A2/B2 和 A4/B4）。

RS232 接口通过 Sipex 3232EE RS232 收发器实现，标称速率最高可达 120 kbps；RS485 接口则采用速率为 10 Mbps 的半双工 RS485 收发器 SP3485 实现。所有端口均具备电气隔离功能，并配有静电保护和过压保护。

用户可根据实际需求，通过在相应引脚对上设置跳线，接入 120Ω 终端电阻，具体连接方式如下图所示。此外，PCB 板上还印有与通信端口相关的详细信息表格。不过值得注意的是，板上的标识为 IPC21×0 v1.2，而非 IPC31×0。

最后是两个以太网通信 RJ45 端口，其中上部为千兆端口，下部为百兆端口。千兆以太网由集成在 Raspberry Pi CM5 模块中的 Broadcom BCM54210PE 以太网收发器实现，而百兆以太网则通过内置的 USB 2.0 集线器实现。

位于两个 RJ45 端口后方的 PCB 上，集成了 Terminus FE2.1 USB 2.0 集线器芯片，这一设计沿用了 CM4 Industrial 的方案。该集线器芯片共提供七个 USB 2.0 端口，其中一个作为输入端口使用。

输入端口的信号来自一个 USB 2.0 切换开关。Raspberry Pi CM5 模块上的 USB 2.0 接口通过该切换开关分配给 FE2.1 集线器，同时也分配给用于模块编程的 micro-USB 接口。因此，最高速率为 480 Mbps 的数据可通过输入端口进入 FE2.1 USB 2.0 集线器，并进一步分配给最多六个外设。

这些外设包括：两个 USB 2.0 Type-A 接口、一个板载五针 USB 2.0 接口、音频编解码器、可选的 4G LTE 模块，以及连接百兆 RJ45 端口的 USB-to-Ethernet 收发器。如果多个外设同时高负载运行，这些共享的 USB 线路可能会成为系统性能的瓶颈。

我们此次评测的机型未配备 4G LTE 模块。上海晶珩已在 PCB 上预留了 Quectel EC25 模块的安装位置，并在板卡下侧设置了一个 mini-PCIe 插槽。为方便操作，SIM 卡座位于 SD 卡座旁边的边缘位置，支持从外部插拔。

板卡下侧集成了 Raspberry Pi CM5 计算模块。我们测试的版本配备了运行频率为 2.4 GHz 的 Broadcom BCM2712 SoC，以及 2 GB LPDDR4-4267 SDRAM 和 16 GB eMMC 存储。根据所选用的 CM5 模块不同，还可选配 4 GB 或 8 GB 内存，以及 32 GB 或 64 GB 的 eMMC 存储版本。

从下图可以看到，板卡下侧还设有一个两 lane CSI 输入接口和一个 HDMI FPC 连接器。该 HDMI 接口支持连接 HDMI 触摸显示屏，并通过随附的 USB/I2C 线路实现对屏幕背光的控制。

此外，还可以看到贴附在关键芯片上的导热垫，用于将热量传导至前面提到的被动散热器上。需要特别注意的是，Quectel EC25 4G LTE 模块在工作时会产生较多热量，因此其散热设计尤为关键。为确保模块在高温环境下（最高支持 105°C）稳定运行，建议在模块与 PCB 板之间，以及模块与上方被动散热器之间各放置一片导热垫，将模块夹在中间，以实现最佳散热效果。

2.4/5 GHz Wi-Fi 和蓝牙模块集成在 Raspberry Pi CM5 模块上。该模块还配备了一个 U.FL 接口，用于连接外接天线，机箱上预留了相应的安装孔位。IPC3120 随设备附带天线。

此外，机箱上还设有一个用于安装 4G LTE 天线的孔位，出厂时由一个易于拆卸的橡胶塞封闭。

尽管我们评测的 IPC3120 机型未配备 4G 调制解调器，但我们使用了之前从上海晶珩 CM4 Industrial 上拆下的 PCIe 模块，型号为 EC25-EUX，适用于欧洲、中东、非洲和泰国地区。系统立即在 001 USB 总线上将其识别为 6 号设备。在同一 USB 总线上，还连接有音频设备、两个 USB 2.0 接口以及我们之前提到的 FE2.1 集线器。

如前所述，SD卡座、SIM卡座及用于编程的Micro USB接口均安装在设备靠近DIN导轨的后侧边缘。当安装DIN导轨支架后，Micro USB接口将被完全遮挡，SIM卡插槽也会被大部分覆盖，仅留有限操作空间。

在板卡的底侧，设有两个 USB 2.0 Type-A 接口、一个复位按钮，以及一个 HDMI 2.1 输出接口，可支持 4K 分辨率、60 fps 的视频输出。我们总结认为，IPC3120 配备两个 HDMI 视频输出接口：一个为外部 HDMI 接口，另一个为机箱内部的 FPC 连接器。需要注意的是，机箱上并未预留用于扁平电缆的出线开口。此外，设备未配备电源开关按钮。因此，如果通过软件关闭系统但保持电源连接，将会出现一种特殊情况：此时无法通过物理方式重新启动设备，唯一的解决办法是等待超级电容器放电完毕，然后重新接通电源。

打开机箱观察电路板，可以看到在PCB左侧边缘的上部，有四个显眼的白色连接器。其中，单独的三针连接器为5 V/1 A输出，而三个成对的双针连接器则为12 V/1 A输出，均用于为可选的LCD屏幕或摄像头供电。若需连接第三块屏幕，则必须使用电路板上部内置的4-lane DSI接口。

机箱外部并未提供连接板上两个 GPIO 接口的专用连接器。其中，较小的十针接口提供 8 个 GPIO 引脚，而较大的四十针接口则提供 28 个 GPIO 引脚，总共可提供多达 36 个 GPIO 引脚，数量相当可观。这些接口上还包含 5 VDC、3.3 VDC 和 GND 电源信号。较大的接口采用标准的 Raspberry Pi GPIO 引脚排列，因此理论上可以连接 HAT 扩展板，当然前提是这些扩展板在物理尺寸上能够适配机箱。然而，遗憾的是，机箱上并未预留用于扁平 GPIO 电缆的出线开口，也没有设置任何可从外部访问这些引脚的连接器。

最后一项重要特性是设备配备了一个 M.2 Key B 插槽，通常用于连接支持 SATA、PCIe x2 和 USB 接口的设备。该插槽在物理上兼容 2230 和 2242 规格的 M.2 Key B 模块。这为用户提供了使用 AI 加速器的可能性，例如 Hailo-8 或 Hailo-8L，它们分别可提供 26 TOPS 和 13 TOPS 的算力，并且有 Key B+M 版本可供选择。这些模块也包含在官方 Raspberry Pi AI 套件中，我们此前曾对此进行过介绍。

软件

上海晶珩 IPC3120 工业计算机已预装 64 位桌面版 Raspberry Pi OS（Debian 12）。如需无图形界面的系统，可在官网下载 Lite 版本。桌面版与 Lite 版均提供 32 位和 64 位两种架构，建议优先使用 64 位系统以获得更佳性能；32 位版本则用于兼容旧版软件。

如果自行安装操作系统，首次启动后需要更新“Firmware package”以确保IPC3120硬件的完整功能，详细说明可在上海晶珩网站上找到。目前，硬件中存在的看门狗功能尚未得到软件支持。

上海晶珩 IPC3120 预装的 Raspberry Pi OS 默认已启用 SSH，因此可以轻松地从远程计算机访问终端。我们正是利用这一功能安装了 Node-RED，并测试了 Modbus 连接。整个过程非常顺利，正如我们所预期的那样，因为这是一个完全基于 Raspberry Pi CM5 模块的系统。在 Node-RED 中，我们安装了额外的 node-red-contrib-modbus 和 node-red-contrib-buffer-parser 软件包，以及 node-red-dashboard，用于创建一个 Modbus 服务器并进行了一个小型的演示项目。

这款上海晶珩 IPC3120产品因其多媒体功能而与其他系列产品有所不同，我们主要指的是40针HDMI FPC连接器，它集成了HDMI 2.0和USB/I2C触摸信号、30针MIPI DSI连接器、两 lane MIPI CSI接口的接口和3.5mm音频插孔，可实现立体声音频播放和单声道麦克风输入，以及最后一个4针扬声器和麦克风连接器。显然，这款产品面向音频视频信号处理，因此非常适合AI应用。

我们特别感兴趣的是测试Hailo-8 AI模块。我们之前展示的26 TOPS Hailo-8模块采用M.2 Key M接口。Hailo为我们提供了这个版本，因为它通过M.2 Key M总线具有最大的数据传输能力，因此性能最佳。然而，IPC3120上配备的是M.2 Key B（数据传输能力实际上减半），我们无法插入原始的Hailo-8。幸运的是，Raspberry Pi AI套件中包含一个M.2 Key M+B模块，我们用它进行了测试。不幸的是，这是Hailo-8L模型，性能为13 TOPS。安装非常简单，符合一般说明。我们从GitHub下载了示例，并在现有视频上测试了对象检测和人体姿态估计（Pose Estimation）。

AI加速器的主要目的是承担处理器的工作，从而减轻系统负担。它们被设计为高效执行AI功能，因此在这一领域的能力超过了处理器。然而，减轻处理器负担并不意味着系统不会受到压力。启动任何一个示例都会明显降低计算机的响应速度。这在Octane 2.0测试中表现最为明显，在运行AI演示时，测试结果会降低两倍。我们使用的是Pose Estimation AI演示。

为了进一步探究这个系统的“瓶颈”所在，我们首先进行了Sysbench CPU对比测试：在运行AI演示时和系统空闲时进行测试。我们发现，在单核运行时，差异并不明显，因为系统显然可以将部分工作转移到空闲核心上以处理AI任务。然而，当我们使用测试对所有核心进行压力测试时，很明显处理器的性能会下降高达50%。

对于AI工作，需要足够且快速的内存。我们的IPC3120配备了2 GB内存。仅启动桌面系统，操作系统就会消耗近1 GB内存，因此只剩下1 GB可用内存。这并不理想，我们很遗憾在测试这个多媒体AI IPC31xx产品时，没有拿到配备更大CM5模块的版本。在这种配置下，Sysbench RAM测试显示，在启用Hailo-8L时，结果明显较差：7267.3 MiB/s对比1522.11 MiB/s。我们还进行了更详细的tinymembench测试，结果证实内存性能几乎减半，特别是在32位内存操作方面，性能下降是显示结果的两倍。

在这里需要指出的是，在运行AI演示时，功耗会增加。初始空闲功耗为6.3 W，在Pose Estimation和Detection演示中平均增加到10.3 W，而在Detection Simple（视频分辨率较低）演示中，功耗为8.3 W。

结论

上海晶珩 IPC3120可以说是CM4 Industrial 工业计算机的升级版。它配备了当前最强树莓派模块Raspberry PiCM5。具体来说，IPC3120在IPC31xx系列中拥有最多的音频和视频输入输出端口，但遗憾的是，原始机箱上没有扁平MIPI线缆的开口。如有需要，必须对其进行改装。这款产品的价格根据Raspberry Pi CM5模块上的内存和内置eMMC模块的大小而定。

这款产品多媒体接口使其非常适合AI应用——因为如今大多数边缘和IoT AI应用都归结为通过摄像头识别和检测对象，或通过麦克风识别收集的声音。为了充分发挥AI性能，可以安装M.2 Key B AI模块，如Hailo-8、Hailo-8L或市场上的其他产品。如果不需要额外的AI操作，可以在M.2上安装SSD。

上海晶珩 IPC3120产品有两个RS232和两个RS485接口，因此工业设备的连接可能性得到了极大扩展。两个独立的以太网端口：一个千兆端口和一个较慢的100 MB端口，不仅支持设备与外部之间的高速有线数据传输，还支持本地网络的形成。此外，还集成了2.4/5 GHz Wi-Fi和蓝牙LE模块，以及一个可插入4G调制解调器的迷你PCIe端口，进一步提高了移动连接性。

该设备设计用于安装在DIN导轨上，但也可以不安装或采用嵌入式安装方式。由于金属机箱起到被动散热器的作用，因此无需主动散热。

无论如何，这款新型上海晶珩工业计算机IPC3120与前代CM4 Industrial相比，在性能上有了显著提升，现在它将AI带到了边缘计算领域，且功耗成本不高。