树莓派 Compute Module 4 (CM4) 技术文档
1. 概述
Compute Module 4 (CM4) 是树莓派 4 的工业级核心板形态。将 BCM2711 SoC、LPDDR4 内存、eMMC 存储（可选）、WiFi/BT（可选）、PMIC 等集成在 55×40mm 的 200Pin SODIMM 封装中。引脚与 CM3 不兼容。适合需要定制底板（Carrier Board）的嵌入式产品，如数字标牌、边缘计算网关、工业 HMI、集群计算等。
CM4 与 Pi 4B 关键差异：
- 无标准 USB/HDMI/以太网物理接口 → 200Pin 引出原始信号，需底板实现
- eMMC 可选（0/8/16/32GB），Lite 版无板载存储需外接 SD 卡
- 无线可选（WiFi 5 + BT 5.0），无天线需底板提供 U.FL 或 PCB 天线
- PCIe 2.0 x1、双 HDMI、双 CSI、双 DSI 全部引出
- GPIO 28 路（Pi 4B 的 40Pin 子集）
- 内置千兆以太网 PHY（需底板 MagJack）
2. 关键引脚分组（200Pin SODIMM）
| 功能组 |
信号 |
说明 |
| HDMI0 |
TMDS_D0±, D1±, D2±, CLK±, CEC, HPD, SCL/SDA |
接 HDMI 连接器 |
| HDMI1 |
同上（第二路独立） |
支持 4Kp60 |
| CSI0/1 |
2×4-lane MIPI |
摄像头 |
| DSI0/1 |
2×4-lane MIPI |
显示屏 |
| PCIe |
TX±, RX±, CLK±, nWAKE, nRST |
PCIe 2.0 x1 |
| 以太网 |
TX±, RX±, LED Link/Activity |
需底板 MagJack |
| USB 2.0 |
DP/DM |
单路 OTG |
| GPIO |
GPIO0-27（28 路） |
部分与 Pi 4B 复用相同 |
| SDIO |
SD_CLK/CMD/DAT0-3 |
Lite 版接 SD 卡槽 |
| UART |
TXD/RXD |
调试串口 |
| I²C |
SDA0/SCL0 (GPIO0/1) + SDA1/SCL1 (GPIO2/3) |
两路 I²C |
| SPI |
SPI0 (GPIO8-11) |
SPI |
| PWM |
PWM0_0/1 (GPIO12/13) + PWM1_0/1 (GPIO18/19) |
硬件 PWM |
3. 电气特性
| 参数 |
规格 |
| SoC |
BCM2711 四核 Cortex-A72 @ 1.5GHz |
| GPU |
VideoCore VI |
| RAM |
1GB/2GB/4GB/8GB LPDDR4 |
| eMMC |
0 (Lite) / 8GB / 16GB / 32GB |
| 无线 |
可选 CYW43455 (WiFi 5 + BT 5.0) |
| 输入电压 |
5V ± 5% |
| 最大电流 |
~3A（含外设） |
| GPIO 电平 |
3.3V |
| 工作温度 |
0°C ~ 80°C（工业选型可 -20°C ~ 85°C） |
| 封装 |
200Pin SODIMM (DDR2 物理外形) |
| 尺寸 |
55×40×4.7mm |
4. CM4 变体选型
| 代号 |
说明 |
| CM4 Lite |
无 eMMC，需 SD 卡启动 |
| CM4 8GB/16GB/32GB |
板载 eMMC |
| CM4 Wireless |
含 WiFi/BT |
| CM4 No Wireless |
不含无线（成本更低、工业环境更稳定） |
5. 底板设计要点
- 供电：5V 直接供电，PMIC 在 CM4 上，底板只需提供稳定 5V。
- 以太网：需底板 MagJack + 终端电阻，参考 CM4IO 官方底板设计。
- HDMI：需 ESD 保护 + 共模扼流圈。
- PCIe：需时钟缓冲器 + AC 耦合电容，走线阻抗 85Ω 差分。
- USB：如需多路 USB，需外接 USB Hub 芯片（如 LAN9514）。
- RTC：CM4 无内置 RTC 电池电路，底板需加外部 RTC（如 PCF85063）。
6. 注意事项
- 与 CM3 不兼容：CM4 是全新 SODIMM 引脚定义，不可直接插入 CM3 底板。
- 散热要求高：BCM2711 满载发热量大，需底板提供散热片安装孔位。
- eMMC 编程：需通过 USB OTG 进入 rpiboot 模式（nRPIBOOT 引脚拉低），用 usbboot 工具烧录。
- 天线设计：无线版 CM4 需底板提供 U.FL 座 + 外置天线或 PCB 天线，无板载天线。
- GPIO 差异：仅 28 路 GPIO，部分 Pi 4B 的 GPIO 未引出。设计前确认所需 GPIO 是否可用。
- Lite 版 SD 卡：SDIO 信号引出到 SODIMM，底板需设计 SD 卡槽。
