树莓派的UEFI支持和网络启动

本文档介绍如何让树莓派4B支持UEFI（UEFI第三方固件支持PSCI标准实现，混合部署的从核启停依赖此功能），并可通过SD卡或网络启动 openEuler Embedded。

使用openEuler Embedded UEFI+GRUB的树莓派镜像

openEuler Embedded 的树莓派混合关键部署镜像(openeuler-image-mcs for RPI4)默认使能了UEFI+GRUB，并集成了基于树梅派4B的混合部署环境依赖。

以下会基于mcs镜像介绍如何使用树莓派UEFI。

构建树梅派openeuler-image-mcs镜像和烧录

镜像构建参考 mcs镜像构建指导 , 镜像烧录参考 树莓派镜像镜像烧录

openeuler-image-mcs启动使用指导

  1. 烧录后首次启动需修改UEFI配置，启动阶段按ESC进入UEFI，按下图操作解锁3G内存限制并关闭ACPI选用DEVICETREE，保存重启后再操作步骤2

    ../../../_images/launch_step1.png
    ../../../_images/launch_step2.png
    ../../../_images/launch_step3.png
    ../../../_images/launch_step4.png
    ../../../_images/launch_step5.png

  2. 更改boot order或手动选择SD卡启动，如下，最后选择Commit Changes and Exit

    ../../../_images/boot_order1.png
    ../../../_images/boot_order2.png
    ../../../_images/boot_order3.png
    ../../../_images/boot_order4.png

    启动截图

    ../../../_images/boot.png

    Attention

    • 此UEFI版本的固件默认使用3G内存limit，可以在UEFI菜单中关闭3G limit，否则系统启动后你看到的内存只有3G【官方说明 】

    • 该版本UEFI+ACPI部署方法有缺陷（HDMI驱动异常），首次使用必须进入UEFI菜单，使用DEVICETREE模式

手动刷新固件使树莓派4B支持UEFI引导

环境/工具准备

编译工具链：可用openEuler Embedded的交叉编译工具链，参考 基于SDK的应用开发 部分。

设备：建议树莓派4B的出厂配置，包括树莓派4B基础套件和SD卡

openEuler Embedded标准镜像 + UEFI固件下载和刷新方法

  1. 将openEuler Embedded树莓派镜像烧录到SD卡

    参考： openEuler烧录参考

    • 如何获得openEuler Embedded树莓派镜像，参照 关键特性/树莓派4B的支持/树莓派镜像构建指导 部分

      # 假设镜像名 openeuler-image-raspberrypi4-64.rootfs.rpi-sdimg， SD卡识别为/dev/sda (linux环境)
sudo dd bs=4M if=openeuler-image-raspberrypi4-64.rootfs.rpi-sdimg of=/dev/sda

  • 烧录完成后，将SD卡（boot盘）根目录的kernel8.img文件压缩成Image.gz:

    # boot分区可能已经满了，移出kernel8.img再操作
mv SDbootVolumes/kernel8.img /tmp/Image
gzip -c /tmp/Image > SDbootVolumes/Image.gz

  1. 下载树莓派UEFI固件

    固件： 树莓派UEFI固件（v1.33版本为例）

    下载上述固件后解压，将除了bcm2711-rpi-4-b.dtb之外的所有文件拷贝到SD卡（boot盘）根目录（覆盖之前的文件）:

    # 备份bcm2711-rpi-4-b.dtb
cp SDbootVolumes/bcm2711-rpi-4-b.dtb /bakdir/bcm2711-rpi-4-b.dtb
cp -rf /xxx/RPi4_UEFI_Firmware_v1.33/* SDbootVolumes/
# 恢复使用备份的openEuler Embedded的dtb
cp /bakdir/bcm2711-rpi-4-b.dtb SDbootVolumes/

    Attention

    • 3G内存解锁和关闭ACPI使能DEVICETREE请参考上述”openeuler-image-uefi启动使用指导”章节

    • kernel8.img不再需要，清务必删除，否则将影响启动。

  2. 制作grub并选择启动方式

  • SD卡启动参考本文档章节： 树莓派UEFI之手动制作grub并通过SD卡启动openEuler Embedded

  • 网络卡启动参考本文档章节： 树莓派UEFI之手动制作grub并通过网络启动openEuler Embedded

树莓派UEFI之手动制作grub并通过SD卡启动openEuler Embedded

grub准备（编译+制作grub启动组件）

grub源码获取

grub组件编译

解压源码包并进入根目录，准备开始构建arm64-efi（交叉编译）的grub库，注意此时交叉编译工具已经配置完毕，按如下步骤执行:

./autogen.sh
./configure --prefix=/xxx/grub-2.02/build --with-platform=efi --disable-werror --target=aarch64-openeuler-linux-gnu
make

构建成功后，在当前目录会生成对应的二进制和grub组件依赖库，其中，grub-core即制作grub-efi需要的工具库，grub-mkimage即制作板子grub.efi引导的host-tool。

制作引导程序

接下来制作板子引导grub程序，下例输出名为bootaa64.efi，生成后请放置到SD卡boot分区的对应目录(/EFI/BOOT/bootaa64.efi)：

./grub-mkimage -d ./grub-core -O arm64-efi -o bootaa64.efi -p '' ls grub-core/*.mod | cut -d "." -f 1
mkdir -p SDbootVolumes/EFI/BOOT
cp ./bootaa64.efi SDbootVolumes/EFI/BOOT/

Note

xxxxx目录中请不要带“.”，否则请适配上述语法。

制作引导配置文件

最后，编辑grub.cfg配置文件，grub.cfg配置文件同bootaa64.efi放在一起（/EFI/BOOT/grub.cfg），就绪后在UEFI菜单中选择SD卡启动即可。grub.cfg示例内容如下（后面是cmdline内容，linux gz压缩的内核，使用sd卡分区，不需要initrd）：

insmod gzio
set timeout=0

menuentry 'Start OpenEuler' {
 echo "openEuler test."
 linux /Image.gz coherent_pool=1M 8250.nr_uarts=1 snd_bcm2835.enable_compat_alsa=0 snd_bcm2835.enable_hdmi=1 bcm2708_fb.fbwidth=1824 bcm2708_fb.fbheight=984 bcm2708_fb.fbswap=1 smsc95xx.macaddr=E4:5F:01:38:E2:E2 vc_mem.mem_base=0x3ec00000 vc_mem.mem_size=0x40000000  dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 console=ttyS0,115200 console=ttyAMA0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 rootwait
}

Note

上述内容需配合oepnEuler embedded构建的树莓派镜像，并在UEFI 非ACPI（DEVICETREE）下使用，dtb使用openEuler embedded镜像中的内容。其中Image.gz即内核Image的gizp压缩，可通过gzip -c kernel8.img > Image.gz获得（若使用openEuler embedded镜像），kernel8.img不再需要，清务必删除，否则将影响启动。

树莓派UEFI之手动制作grub并通过网络启动openEuler Embedded

  1. 准备PXE部署服务器

    以ubunutu 14.04为例，dhcp中指定的filename就是grup的efi引导文件名

    假设服务器网段为192.168.10.x，服务器ip为192.168.10.1，网卡eth0用于dhcp服务，初始化服务器ip例：

    sudo ifconfig eth0 192.168.10.1 up

  2. 使能DHCP服务

    安装DHCP软件:

    sudo apt-get install isc-dhcp-server

    编辑/etc/dhcp/dhcpd.conf文件，内容示例：

    allow booting;
allow bootp;
option domain-name "example.org";
default-lease-time 600;
max-lease-time 7200;
ddns-update-style none;

subnet 192.168.10.0 netmask 255.255.255.0 {
  range 192.168.10.100 192.168.10.200;
  filename "mygrub.efi"; #默认下载的grub文件名，和3中制作的efi引导程序名字需匹配
  option routers 192.168.10.1;
  next-server 192.168.10.1; #tftp服务器IP，PXE必须，HTTPBOOT可选
  option broadcast-address 192.168.10.255;
}

    配置DHCP服务网络接口,编辑文件/etc/default/isc-dhcp-server 增加/修改字段：

    INTERFACES=”eth0” #dhcp使用的网卡

    启动DHCP服务:

    sudo /etc/init.d/isc-dhcp-server restart

  3. 使能TFTP服务

    安装TFTP服务器软件:

    sudo apt-get install tftpd-hpa

    配置TFTP服务，编辑/etc/default/tftpd-hpa 文件，示例内容如下:

    TFTP_USERNAME="tftp"
TFTP_ADDRESS=":69"
TFTP_DIRECTORY="/var/lib/tftpboot/"
TFTP_OPTIONS="--secure -l -c -s"

    启动TFTP服务:

    sudo /etc/init.d/tftpd-hpa restart

  4. grub准备（编译+制作grub启动组件）

    grub源码获取

    grub组件编译

    解压源码包并进入根目录，准备开始构建arm64-efi（交叉编译）的grub库，注意此时交叉编译工具已经配置完毕，按如下步骤执行:

    ./autogen.sh
./configure --prefix=/xxx/grub-2.02/build --with-platform=efi --disable-werror --target=aarch64-openeuler-linux-gnu
make

    构建成功后，在当前目录会生成对应的二进制和grub组件依赖库，其中，grub-core即制作grub-efi需要的工具库，grub-mkimage即制作板子grub.efi引导的host-tool。

    制作引导程序

    接下来制作板子引导grub程序，下例输出名为mygrub.efi：

    ./grub-mkimage -d ./grub-core -O arm64-efi -o mygrub.efi -p '' ls grub-core/*.mod | cut -d "." -f 1

    Note

    xxxxx目录中请不要带“.”，否则请适配上述语法。

    制作引导配置文件

    最后，编辑grub.cfg配置文件，grub.cfg配置文件放在tftp的根目录（/var/lib/tftpboot/grub.cfg），就绪后在UEFI菜单中选择IPV4网络启动即可，grub.cfg示例内容如下（Image.gz后面是cmdline内容，linux gz压缩的内核，initrd文件系统）：

    insmod gzio
set timeout=0

menuentry 'Start OpenEuler' {
  echo "openEuler test."
  linux /Image.gz coherent_pool=1M 8250.nr_uarts=1 snd_bcm2835.enable_compat_alsa=0 snd_bcm2835.enable_hdmi=1 bcm2708_fb.fbwidth=1824 bcm2708_fb.fbheight=984 bcm2708_fb.fbswap=1 smsc95xx.macaddr=E4:5F:01:38:E2:E2 vc_mem.mem_base=0x3ec00000 vc_mem.mem_size=0x40000000  dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 console=ttyS0,115200 console=ttyAMA0,115200
  initrd /initrd.cpio.gz
}

附：网络启动时，内核Image.gz和文件系统initrd的来源说明

文件系统例子

若使用网络启动，可使用openEuler Embedded构建的标准树梅派镜像构建过程中的rootfs并手动打包，也可使用openEuler Embedded发布的qemu-aarch64参考 文件系统

手动打包rootfs例子（预先需准备openEuler Embedded树梅派已构建完成的环境）:

# 假设已经处于构建build目录
cd tmp/work/raspberrypi4_64-openeuler-linux/openeuler-image/1.0-r0/rootfs/
find . | cpio -H newc -o | gzip -n9c > ../initrd.cpio.gz
# 生成在上层目录的initrd.cpio.gz即为所需文件系统

Note

配置文件系统/etc/inittab时注意getty登录时串口重定向要配置正确，否则可能没有打印。（树莓派4B硬件串口PL011对应，引脚14TXD和15RXD）

内核例子

若使用网络启动，可使用openEuler Embedded构建的标准树梅派镜像中的kernel8.img，格式即Image，然后通过gzip压缩为Image.gz格式

内核单独编译例子（openEuler）

参考： openEuler树莓派交叉编译内核

Attention

  • 若使用上述UEFI+ACPI部署方法，必须在config中开启ACPI系列功能支持。在make menuconfig ARCH=arm64菜单中，选中ACPI默认系列支持。建议在UEFI中关闭ACPI选用DEVICETREE（参考openeuler-image-uefi启动使用指导相关配置)

  • 编译生成的Image，在上述efi配置下，grub.cfg的linux格式需使用gz命令压缩成Image.gz

操作说明

将上述内核和文件系统，放在tftp服务目录下（/var/lib/tftpboot）即可进行网络启动。

网络启动基本流程如下：

  1. DHCP服务器给单板分配IP

  2. 单板启动UEFI选择PXE启动

  3. PXE根据DHCP的filename和tftp服务器地址，从tftp服务器下载mygrub.efi

  4. 进入grub引导程序，根据grub.cfg配置，从对应tftp目录下载文件系统和内核并加载启动

其中，使用的ACPI资源表/DTB是UEFI固件初始化好的（引导内核前已放在对应内存），不过cmdline/bootargs可通过grub.cfg进行配置，在加载内核时，grub会传递给UEFI并上报给系统。

../../../_images/rasp_uefi.png