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CM5 编程夹具

计算模块 5 编程夹具 (Compute Module 5 Programming Jig) 是一套配置 (Provisioning) 系统，一次为一个计算模块 5 (CM5) 写入操作系统 (OS) 和安全配置。夹具直接与每个 CM5 连接，因此在配置过程中不再需要单独的 IO 板。

夹具运行安全启动配置工具 (Secure Boot Provisioner, rpi-sb-provisioner) 来自动化配置 (Provisioning) 工作流。当您将 CM5 装入并固定到夹具中时，夹具会自动执行所有配置步骤，包括安全启动实施、全盘加密以及操作系统安装。

计算模块 5 编程夹具

计算模块 5 编程夹具

规格​

本节介绍计算模块 5 编程夹具的物理特性与能力，包括规格、功能特性和硬件。

通用规格

规格说明
兼容设备树莓派计算模块 5 (CM5)
配置 (Provisioning) 容量单设备配置；夹具一次仅配置一个 CM5
夹具网络接口 (JIG ETH)以太网 (10/100/1000) 或 Wi-Fi（2.4 GHz 与 5.0 GHz IEEE 802.11 b/g/n/ac）
CM5 网络接口 (DUT ETH)以太网 (10/100/1000)
尺寸（含天线）170 × 181.5 × 153 mm
重量1800 g

功能特性​

  • 机械夹持。 夹具在编程过程中将 CM5 固定到位。
  • 无需载板即可配置。 夹具使用带弹簧的 pogo pin（弹簧针）直接与 CM5 对接，无需载板 (IO 板)，并减少对高密度引脚连接器的磨损。
  • LED 状态指示灯。 夹具通过专用 LED 显示其当前状态和配置进度。有关这些 LED 的更多信息，请参阅 LED 指示灯行为。
  • 双网络连接。 夹具通过以太网 (JIG ETH) 或 Wi-Fi® 连接到配置 (Provisioning) 网络，另有第二个以太网端口 (DUT ETH) 为正在编程的 CM5 提供加速的软件传输。
  • 自动化配置。 夹具自动完成配置工作流程，包括操作系统安装、全盘加密以及安全启动配置（取决于您选择的安全级别）。
  • 三级安全级别。 您可以选择将夹具配置为以下三种安全级别之一来编程 CM5：完全安全 (secure-boot)、加密存储与设备唯一密钥 (fde-only)，以及仅操作系统 (naked)。更多信息请参阅安全级别。
  • 用户可自行维护。 夹具附带镊子和备用弹簧针，便于您取出并更换任何损坏的弹簧针。更多信息请参阅更换弹簧针。
注意

请勿触碰弹簧针，因为它们很尖锐并且可能带电；否则您可能损坏弹簧针、夹具或伤到自己。

硬件​

计算模块 5 编程夹具包装盒内含以下部件：

  • 一个计算模块 5 编程夹具。
  • 一个全球适用电源，交流输入 110 V 至 240 V，直流输出 12 V、2 A (24 W)。
  • 一根 Wi-Fi 天线。
  • 两根 RJ45 网线。
  • 五根备用弹簧针。
  • 一把镊子。

在使用过程中，您会接触到计算模块 5 编程夹具的接口和模块槽。此外还有一个安全按钮，您无需直接操作它。

接口​

Wi-Fi 天线接口、DUT 与 JIG 的 LED 指示灯，以及以下输入端口：12 V 电源、USB-C、DUT 以太网和 JIG 以太网。

CM5 编程夹具背面的接口

计算模块 5 编程夹具背面提供以下外部接口：

计算模块 5 编程夹具背面的外部接口

标签说明
WiFI/BT随附天线的连接位置。
12 V IN圆形电源插孔，接受随附电源提供的 12 V、2 A (24 W) 直流输入。
USB BOOTUSB-C 端口，用于在使用 Raspberry Pi Imager 写入夹具操作系统时将夹具连接到计算机（参见步骤 2：将操作系统写入夹具）。
JIG ETHRJ45 以太网端口，用于将夹具连接到配置网络，以进行配置、管理和软件更新。
DUT ETHRJ45 以太网端口，用于将已装入的 CM5 连接到配置网络，以在配置期间加速数据传输。

作为 JIG ETH 端口的替代方案，您也可以通过 Wi-Fi 将夹具无线连接到配置网络。

模块槽​

计算模块 5 编程夹具顶部的模块槽用于放置正在编程的 CM5。

CM5 应紧密贴合在模块槽内，且 CM5 上的 Raspberry Pi 标志朝上，方向与夹具上的 Raspberry Pi 标志一致。模块槽前部的金属卡扣用于将模块槽保持闭合。

安全按钮​

夹具顶部、模块槽后方有一个无标识的安全按钮。配置 (Provisioning) 软件使用该按钮来检测夹具是否已闭合。

注意

请勿手动按下此按钮，否则可能会中断正在进行的配置操作。

设置夹具​

首次设置夹具时，您需要准备以下物品：

步骤 1：配置 Raspberry Pi Imager​

您必须先将 Raspberry Pi Imager 配置为使用计算模块 5 编程夹具清单文件，并启用 RPIBOOT 支持。

配置清单文件​

您可以自动或手动配置计算模块 5 编程夹具清单文件。

在网页浏览器中输入以下 URL，即可打开已配置自定义仓库的 Raspberry Pi Imager：rpi-imager://open?repo=https://downloads.raspberrypi.com/cm5-jig/cm5-jig.rpi-imager-manifest。

启用 RPIBOOT 支持​

若要将 Raspberry Pi Imager 配置为支持 RPIBOOT，请完成以下步骤：

  1. 打开 Debug Options：
    • 在 Windows 或 Linux 上，键入 Ctrl + Alt + S。
    • 在 macOS 上，键入 Cmd + Option + S。
  2. 滚动到 Advanced Features。
  3. 使用开关选择 Enable Rpiboot/Fastboot Support。
  4. 选择 Apply 保存更改并退出 Debug Options 对话框。

如果您要使用 Raspberry Pi Imager 设置多台夹具，则只需启用一次 RPIBOOT 支持；Imager 会保存此设置，供后续写入时使用。

步骤 2：将操作系统写入夹具​

将 Imager 配置为使用自定义内容仓库后，您现在可以将操作系统写入夹具。

  1. 将 USB-C 线缆从您的计算机连接到夹具的 USB BOOT 端口。

  2. 为夹具接通电源。

    夹具启动进入 USB 大容量存储模式。您的计算机会将夹具的内部存储识别为一个可移动驱动器。

  3. 在计算机上打开 Raspberry Pi Imager。

  4. 在 Device 选项卡上，选择 Raspberry Pi Compute Module 5 Programming Jig。选择 Next。

  5. 在 OS 选项卡上，选择 Compute Module 5 Programming Jig 作为操作系统镜像。选择 Next。

  6. 在 Storage 选项卡上，选择夹具的内部存储作为目标，它显示为 Raspberry Pi Compute Module 5 Lite。选择 Next。

  7. 在随后的 Customisation 选项卡上配置操作系统：

    1. 为夹具设置主机名。
    2. 选择您所在的首府城市以设置本地化选项。
    3. 创建用户时，您必须指定用户名 jig。您可以为该账户设置任意密码。
    4. 可选：如果您计划通过 Wi-Fi 连接夹具，请配置您的无线网络凭据。
    5. 可选：启用 SSH 以便远程访问。
    6. 将夹具与您的 Raspberry Pi Connect 账户关联，以便远程管理。

  8. 在 Writing 选项卡上检查您的设置，确认无误后选择 Write。

  9. Raspberry Pi Imager 写入完成后，断开 USB-C 线缆，并通过拔下并重新插入电源线来重启夹具。

步骤 3：连接到配置网络​

使用以下方法之一将夹具连接到您的配置网络：

夹具使用与配置网络的连接来实现：

  • 提供 Raspberry Pi Connect 屏幕共享和 SSH 访问。
  • 下载软件更新。
  • 将操作系统镜像传输到夹具。
注意

配置网络始终可以直接访问夹具。如果您还将 DUT ETH 端口连接到配置网络（参见步骤 4：连接 DUT ETH 端口（可选）），则该网络在编程期间也能直接访问设备。请将该网络的设计纳入您的威胁模型加以考虑。确保只有经过授权的系统和人员才能访问配置网络。

通过以太网连接（推荐）​

若要通过以太网将夹具连接到配置网络：

  1. 拔下电源线，确保夹具已断电。
  2. 将一根以太网线缆从您的配置网络连接到夹具的 JIG ETH 端口。
  3. 插上电源线，为夹具通电。

夹具会通过 DHCP 自动获取网络地址。

通过 Wi-Fi 连接​

如果您在 Raspberry Pi Imager 中配置了 Wi-Fi 凭据，夹具会在启动时自动连接到您的无线网络。

  1. 拔下电源线，确保夹具已断电。
  2. 确保 Wi-Fi 天线已安装到夹具背面。
  3. 如果夹具的 JIG ETH 端口上连接了以太网线缆，请将其从夹具上拔下。
  4. 插上电源线，为夹具通电。

夹具将连接到已配置的无线网络。

步骤 4：连接 DUT ETH 端口（可选）​

若要在配置期间加速数据传输，请将一根以太网线缆从配置网络连接到夹具的 DUT ETH 端口。这将为正在编程的 CM5 提供一个直接的以太网接口。

步骤 5：访问安全启动配置工具 Web 界面​

安全启动配置工具 (rpi-sb-provisioner) 的 Web 界面仅在 localhost 上可用。这是一项安全措施，用于强制对夹具进行身份验证。要访问该 Web 界面，请使用 Raspberry Pi Connect 屏幕共享远程访问夹具的桌面。

  1. 登录 Raspberry Pi Connect。
  2. 从设备列表中选择您的夹具。
  3. 选择 Connect 按钮并选择 Screen Sharing，启动屏幕共享会话。

如果夹具桌面上尚未打开安全启动配置工具 Web 界面，请在夹具桌面上打开 Chromium 并访问 http://localhost:3142。

步骤 6：将客户端操作系统镜像传输到夹具​

在开始配置 (Provisioning) 之前，您必须先将要安装到 CM5 设备上的操作系统镜像传输到夹具。

该镜像必须是使用 rpi-image-gen 创建的未压缩 .img 文件。

我们建议使用 Magic-Wormhole 将镜像从您的计算机传输到夹具。magic-wormhole 提供两台计算机之间安全的一次性文件传输。要使用此方法，两台计算机都必须能够访问互联网。

  1. 在您的计算机上安装 magic-wormhole。更多信息请参阅 Magic-Wormhole。

  2. 在您的计算机上，使用以下命令发送镜像文件：

    wormhole send <path-to-image-file>

    magic-wormhole 会显示一个接收码。请记下该代码，以便在夹具上使用。

  3. 通过 SSH 连接到夹具，或在 Raspberry Pi Connect 屏幕共享会话中使用终端。

  4. 在夹具上，使用以下命令安装 magic-wormhole：

    sudo apt install -y magic-wormhole

  5. 在夹具上，使用以下命令接收镜像文件，将 <code> 替换为您从计算机发送镜像文件时获得的接收码：

    wormhole receive <code>

步骤 7：配置安全启动配置工具​

  1. 按照步骤 5：访问安全启动配置工具 Web 界面所述，打开安全启动配置工具 Web 界面。
  2. 在 Options 选项卡上配置以下选项：
    1. 在 OS Image 部分，选择 Upload New Image，然后选择或浏览到您已传输到夹具的操作系统镜像。
    2. 在 Device & Firmware 部分，将 Device family 选择为 Raspberry Pi 5。
    3. 在 Device & Firmware 部分，将 Storage Type 选择为 eMMC。
    4. 在 Security Configuration 部分，为 Provisioning Style 选择安全级别。更多信息请参阅安全级别。
    5. 签名密钥：对于 secure-boot 模式，请提供签名密钥。Web 界面会引导您创建一个。

有关配置选项的更多信息，请参阅安全启动配置工具配置参考。

编程计算模块 5​

使用计算模块 5 编程夹具为计算模块 5 (CM5) 配置操作系统镜像。

开始之前，请确保夹具：

步骤 1：将 CM5 装入夹具​

  1. 向后按压卡扣顶部以释放夹持机构，让盖板向上滑动，然后将盖板向后翻转直至停止。

    夹持机构前部的金属卡扣用于将其保持闭合。

  2. 将计算模块 5 放入模块槽，使 CM5 上的 Raspberry Pi 标志朝上，且方向与夹具上的 Raspberry Pi 标志一致。将计算模块 5 四角的孔与模块凹槽四角的通孔螺柱对齐，螺柱应穿过 CM5 上的孔。

    计算模块放置在模块凹槽内。

  3. 向前翻转盖板使其与 CM5 平行，然后按压盖板使其向下滑动，从而闭合夹持机构。当盖板到达底部时，卡扣会啮合并将 CM5 固定到位。

注意

闭合盖板前，请确保通孔螺柱已穿过 CM5 上的四个角孔。对齐不正确可能导致配置失败或损坏弹簧针。

步骤 2：监控配置进度​

CM5 被夹持到位后，夹具会自动开始配置。如果配置未自动开始，请参阅设备未被识别。

对于使用 naked 配置方式安装 2.6 GB 操作系统镜像的 CM5，典型的配置时间约为 1.5 分钟。实际时间会因操作系统镜像大小、存储类型、安全级别和网络速度而异。

注意

配置过程中请勿将 CM5 从夹具中取出。请勿按下夹具上无标识的按钮。这两种操作中的任何一种都可能导致 CM5 无法使用。

通过监控夹具上的 STATUS LED 来跟踪各个配置阶段的进度：

配置期间的状态指示

STATUS LED阶段说明
蓝色闪烁配置中夹具检测到 CM5 并加载一个临时的 Linux 环境。在 secure-boot 模式下，签名密钥哈希会被写入设备的 OTP 存储器（该操作不可逆）。
夹具会根据您在步骤 7：配置安全启动配置工具中选择的安全级别选择相应的配置服务。
夹具会创建加密密钥（如适用）、格式化存储并安装操作系统。
绿色成功配置完成。可以取出 CM5。
红色闪烁配置失败配置过程失败。更多信息请参阅故障排除。

如需更详细的进度信息，您也可以使用安全启动配置工具 Web 界面。按照步骤 5：访问安全启动配置工具 Web 界面所述访问 http://localhost:3142，然后：

  1. 选择 Devices 选项卡查看配置进度。
  2. 选择某个设备以查看关于它的详细日志。

步骤 3：取出 CM5​

当 STATUS LED 变为绿色时，表示配置完成。您可以取出 CM5。

  1. 打开夹持机构。向后按压卡扣顶部以将其释放，让盖板向上滑动，然后将盖板向后翻转直至停止。
  2. 从模块槽中取出 CM5。

CM5 现在已可投入使用。

查看制造数据库​

如果您在安全启动配置工具中启用了制造数据库，夹具会在此数据库中记录每个已配置 CM5 的详细信息，包括：

  • 序列号
  • 板卡类型与版本
  • MAC 地址（以太网）
  • 配置日期和时间
  • 已安装的操作系统镜像
  • 安全设置

您可以通过安全启动配置工具 Web 界面或使用命令行查看数据库中的信息。

通过 Raspberry Pi Connect 连接到夹具，并将数据库导出为 CSV 文件：

若要从 Web 界面将制造数据库导出为 CSV 文件：

  1. 按照步骤 5：访问安全启动配置工具 Web 界面所述，在夹具上访问 http://localhost:3142。
  2. 转到 Manufacturing Database 选项卡。
  3. 选择 Export as CSV 以下载电子表格文件。

更新夹具​

为了获得最新的安全功能，我们建议您保持夹具软件为最新状态。

要更新夹具的操作系统及所有已安装的软件（包括安全启动配置工具），请通过 SSH 连接到夹具，或在 Raspberry Pi Connect 屏幕共享会话中使用终端，然后运行：

sudo apt update && sudo apt full-upgrade -y

更换弹簧针​

计算模块 5 编程夹具的结构设计使您可以更换任何损坏的弹簧针。

要完成此操作，您需要以下物品：

  • 备用弹簧针
  • 镊子
  • 3 mm 内六角扳手

在此操作过程中，请避免用裸手触摸弹簧针；否则可能会将油脂和污垢转移到弹簧针上。

要更换一根或多根弹簧针，请完成以下步骤：

  1. 确保夹具已断开电源。
  2. 向后按压卡扣顶部以释放夹持机构，让盖板向上滑动，然后将盖板向后翻转直至停止。
  3. 使用内六角扳手拧下模块槽两条短边中间各一颗螺栓。请保留这些螺栓以便重新组装。
  4. 将模块槽垂直向上抬起，使其远离夹具中的弹簧针。四角的导向柱可确保此操作不会碰到弹簧针。请保留模块槽以便重新组装。
  5. 用镊子夹住要更换的弹簧针，将其垂直向上拔出套筒。
  6. 用镊子将备用弹簧针插入套筒。确保带孔的较大直径一端先插入套筒，较小直径的一端朝上。
  7. 用镊子的平面轻轻向下按压弹簧针，确保其在压缩时与套筒齐平。
  8. 更换完所有需要更换的弹簧针后，装回模块槽。
    1. 放置时使 Raspberry Pi 标志和文字朝上，并让印有文字的那条边缘最靠近夹具前部。
    2. 将模块槽四角的导向柱与夹具上相应的孔对齐。
    3. 将模块槽向下滑动到位。导向柱可确保此操作不会碰到弹簧针。
  9. 重新插入先前取下的两颗螺栓并用内六角扳手拧紧，以固定模块槽。请勿过度拧紧这些螺栓。

LED 指示灯行为​

夹具使用 LED 指示灯来传达其当前状态。下表描述了每个 LED 及其含义。

夹具背面有两个 LED 指示灯 JIG 和 DUT，顶部有一个 LED STATUS。

计算模块 5 编程夹具上的 LED 指示灯

LED状态含义
JIG熄灭夹具未通电。插上电源线以使夹具上线。
JIG绿色常亮夹具已通电。
JIG绿色闪烁夹具处于活动状态；正在进行数据传输。
JIG红色常亮夹具已通电，但 CPU 未运行。
DUT熄灭夹具未通电，或未装入 CM5。
DUT绿色常亮已检测到 CM5 并已通电。
DUT绿色闪烁CM5 处于活动状态；正在进行数据传输。
DUT红色常亮这可能表示 CM5 已损坏。如果更换多个不同模块后此灯仍为红色，则可能表示夹具存在问题。更多信息请参阅故障排除。
STATUS熄灭夹具已断电。插上电源线以使夹具上线。
STATUS红色常亮夹具已通电，但尚未准备好配置 CM5。
STATUS蓝色闪烁配置进行中。在此阶段请勿取出 CM5。
STATUS绿色常亮如果夹具中没有 CM5，则表示夹具已准备好开始配置。
如果夹具中有 CM5，则表示配置已成功完成，可以取出 CM5。
STATUS红色闪烁配置失败。

故障排除​

如果您在使用计算模块 5 编程夹具时遇到问题，请使用以下信息来诊断问题。

设备未被识别​

如果 CM5 已夹持在夹具中，但配置未开始，请尝试以下操作：

  1. 确保夹具已通电并已连接到网络。
    1. 如果 JIG LED 指示灯未亮起，请确保电源线已插好。
    2. 通过从另一台计算机连接到夹具来验证网络。
  2. 确保 CM5 已正确就位并与弹簧针对齐。
    1. 打开夹持机构。
    2. 重新放置 CM5，确保 Raspberry Pi 标志朝上且方向与夹具上的标志一致，并确保夹具上的通孔螺柱穿过 CM5 上的四个角孔。
    3. 确保计算模块已稳固地嵌入模块槽凹槽中，并且在任何水平方向上都没有松动。
    4. 再次闭合夹持机构。
  3. 检查弹簧针是否脏污或损坏。
    1. 检查弹簧针是否有碎屑或损坏。
    2. 如果弹簧针脏污，请使用蘸有异丙醇或专用清洁液的棉签轻轻清洁。

安全警告​

  • 进行任何维护之前，请先将夹具与电源断开。
  • 请勿触摸模块槽中的金属弹簧针。它们很尖锐并且可能带电；否则您可能损坏弹簧针、夹具或伤到自己。
  • 确保按照步骤 1：将 CM5 装入夹具所述将 CM5 正确装入模块槽。装入不当可能损坏弹簧针。
  • 配置过程进行中（STATUS LED 蓝色闪烁）请勿将 CM5 从夹具中取出；这可能导致 CM5 无法使用。
  • 请勿按下夹具上无标识的按钮；这可能中断配置并使 CM5 无法使用。
  • 请勿将计算模块 4 装入计算模块 5 编程夹具。

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