上野家のホームページ - 資料室バックアップ : PC/RaspberryPi/ネットワークブート/Raspberry Pi3でPXEネットワークブートのソース

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PC/RaspberryPi/ネットワークブート/Raspberry Pi3でPXEネットワークブートへ行く。
* Raspberry Pi3でPXEネットワークブート [#h1cf15cf]
Raspberry Pi3Bでは，GPUのROMの [[1stステージ・ブートローダー>../../ブートシーケンス]] にPXEブートが実装されているようだ。((注意：このGPUのファームウェア（1stステージ・ブートローダー）には，ネットワークブートがうまくいかないことがあるバグがあります。)) ~
それを利用してPXEブートが出来るようにしてみる。（この機能は，Pi3Bのみの機能）

PXEブートを使ってシステムをブートするには，Pi3BのROM設定をPXEブート出来るようにしておく必要がある。

ブートシーケンスは，~
+ 内蔵LANチップを初期化。（System RESET）
+ RPi3BからDHCP要求が行われる。（DHCP）
+ DHCPサーバからRPi3BへIPアドレス情報をおくる。（DHCP)
+ PXEサーバのアドレス要求が行われる。（ARP）
+ PXEサーバからアドレス情報をおくる。（ARP)
+ RPi3BはPXEサーバに対してPXE要求を送信し，NBP（Network Bootstrap Program）と呼ばれるOSイメージを取得して起動するためのプログラムのファイル名を取得する。（TFTP）
+ RPi3Bは，TFTPプロトコルを使用してNBPをダウンロードして，実行する。（TFTP)~
Raspbianの/boot（kernel）にあるブートプログラムをロードする。それを実行して，Raspbianを起動する。

という手順になる。

* Raspberry Pi3Bでの準備 [#j5ff2c6b]

Pi3Bのraspbianを最新にしておく
 # apt-get update
 # apt-get upgrade
 # apt-get dist-upgrade
 # rpi-update
 
** PXEブートできるように設定する [#j8350cc7]
PXEブートできるように，USBブートモードをイネーブルにします。おそらく，Raspberry Pi3のGPUのOTP-ROMの設定を書き換えているんだと思います。~
PXEブート以外にも，USBに接続したMass Strageからブートすることも出来るようになる。

Raspberry Piでは，EthernetやUSBの機能もLANチップ経由で行っており，SoCとLANチップ間は内部にあるUSB接続されているので，NetworkブートもUSBブートモードの機能の内ということになります。

ブート選択するモードに2つの設定ができます。

*** program_usb_boot_mode=1 の方法 [#wee35023]
/boot/config.txtの最後に，program_usb_boot_mode=1を追加する。
 # echo program_usb_boot_mode=1 | tee -a /boot/config.txt

リブートして，USBブートモードに設定されたかどうかを確認する。
 # vcgencmd otp_dump | grep 17:
 17:3020000a
0x3020000a が出力されれば正常。
program_usb_boot_mode=1 する前は，17:1020000a になっている。

/boot/config.txtを，
 program_usb_boot_mode=1
を削除して，元の状態に戻しておきます。

なお，''program_usb_boot_mode=1でUSBブートモードをイネーブルにした場合は，元に戻す事は出来なくなる。（OTP領域を書き換えるため）''

*** program_gpio_boot_mode=1 の方法 [#l201e6e1]
ブートに関しては，''program_gpio_boot_mode=1 という設定も出来るようになった。この場合も，元に戻す事は出来なくなる。（OTP領域を書き換えるため）''

注意することとして，program_gpio_boot_mode=1をイネーブルにした場合，5個のGPIOをどこからbootさせるかの選択に使うので，他の目的のためにこの5つのGPIOを使用することが出来なくなる。

bit20の設定により，ブートデバイスの選択にGPIO22-26を使用するか，GPIO39-43を使用するかを設定できるが，GPIO39-43を使用できるのはCompute Moduleしか使用できないのに注意。

また，古いPi3のfirmwareでは設定するところでバグが有り，firmwareが4.9.60以前の場合，program_gpio_boot_modeを使うとOTP-ROMにbit20=1がセットされてしまいます。~
このバグがある古いfirmwareの場合，~
 # vcgencmd otp_dump | grep 17:
 17:1030000a
になる。表示から，bit20=1になっていて，GPIO39-43を使用するための設定になっている。~
ただし，このバグが有る場合でも，結果的にはprogram_gpio_bootmodeにするためのbit19が0のままのため，GPIOでのブートの制御が実質使用できない状態で，program_usb_boot_modeは使用できるので，まったくブートしないというどうしょうもないことにはならない。

firmwareが4.9.60以降の場合では，program_gpio_bootmode=1とprogram_usb_boot_mode=1を同時に設定した場合，
 17:3028000a
にOTP領域が設定されます。~
bit19=1になり，正しくprogram_gpio_bootmodeとprogram_usb_boot_modeが使用できる設定になったということになります。

program_gpio_bootmodeでのブートの流れ
+ 設定されたブート場所にあるbootcode.binのチェックを行う。~
+ 問題なければ，128Kのローカルキャッシュにロードし，実行する。~
+ 以下の順番でブートを試みる。~
program_gpio_bootmodeを使用して，GPIO22-26または39-43を読んで，これらの値により，ブート先を有効・無効を判断させることが出来る。~
0: 無効，1:有効~
SD1，SD2，NAND，SPI，USBそれぞれのブートモードを個別に無効・有効に設定できる。~
'1'の場合：つまり4.7KΩでプルアップされた場合，そのブートモードが有効になる。Pi3では，チップ内部でGPIO22-26は約50KΩでプルダウンされているため，''なにもpinに接続していないと'0'になり，どこからもブート出来なくなります。''~
primary SD~
secondary SD~
NAND~
SPI~
USB（OTG pin==0）~
　hub~
MSD~
LAN951x~
　dhcp/tftp boot~

この''program_gpio_bootmodeは5つのGPIOを別の用途に使えなくなるので，このモードは使用しないほうが良いと思う。''

* PXEブート用のサーバ側の準備 [#xf0e1460]

** dhcpサーバ [#u0470633]
dhcpサーバをインストールする。
 yum install dhcp

設定のサンプルがあるので，それをコピーして編集する。
 # cp /usr/share/doc/dhcp-3.0.1/dhcpd.conf.sample /etc/dhcpd.conf

IP アドレスはネットワーク環境に合わせる。

filename~
クライアントに読み込ませるブートローダーファイルを指定する。~ 
指定するパスは，tftpサーバのルートに対してのパスになるので注意。~

next-server~
filenameで指定するファイルをホストするサーバのアドレスを指定する。~
next-serverを指定しない場合，dhcpサーバのアドレスが使用される。（と思う）~ 
dhcpサーバとtftpサーバを別にする場合などに使うのだと思う。~

/etc/dhcp/dhcpd.confの編集（RPi3Bに対して追加する）~
#code(bash,,nonumber){{
host rpi3 {
   hardware ethernet B8:27:EB:XX:XX:XX;                      # Pi3のEthernetのMAC Address
   fixed-address 192.168.1.xxx;                              # Pi3へ割り当てるIP Address
   next-server 192.168.1.yyy;                                # nfs ServerのIP Address
   option root-path "/var/exports/pi3-netboot";              # nfs Serverでのexports場所
   option vendor-class-identifier "PXEClient";
   option vendor-encapsulated-options "Raspberry Pi Boot   ";
}
}}
このように編集します。

dhcpサーバを起動しなおす。
 # systemctl restart dhcpd

** tftpサーバ [#b670cc5e]
起動ディスクイメージやブートローダを転送するため，tftpサーバをインストールする。
 # yum install tftp-server

/etc/xinetd.d/tftpを編集する。~
 disable no
にするとTFTPサービスが有効になる。
server_argsで指定しているディレクトリが TFTPサーバのルートになる。
 server_args  = -s /var/lib/tftpboot
 disable      = no
xinetdを再起動し，tftpサーバを有効にする。
 # systemctl restart xinetd

** /var/lib/tftpboot にRaspberry Pi用ブートファイルを用意 [#i9ed025b]
SDカードの/boot（最初のパーテーション）にあるすべてのファイルを，/var/lib/tftpbootにコピーする。~
''/var/lib/tftpboot/pxeboot''~
 /start.elf
   :
 (bootcode.bin以外の/boot以下のファイル全部)
   :
 /bootcode.bin

このようにファイルを用意する。

 # mkdir /var/lib/tftpboot/pxeboot
 # scp -r yuji@192.168.1.xxx:/boot/* /var/lib/tftpboot/pxeboot/
これでRPi3Bの/bootがコピーできた。

起動した後のルートファイル（NFSでマウントして使用）を指示するのはcmdline.txtを使用する。~
''/var/lib/tftpboot/pxeboot/cmdline.txt''を編集する。~
 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.1.xxx:/var/exports/pi3-netboot,vers=3 rw ip=dhcp rootwait elevator=deadline

** ルートファイル・システムの用意（NFS） [#rd69dde7]
ルートファイルシステムはNFSサーバを用いて用意し，Rpi3Bではネットワーク越しにマウントして使用する。

NFSサーバ側で，/etc/exportsでNFSエクスポートの設定をする。~
/etc/exports~
 /var/exports/pi3-netboot          *(rw,no_root_squash,no_subtree_check)

/var/exports/pi3-netbootには，Raspbianで言うところのmmcblk0p2の中身を置く。~
mmcblk0p2は，raspbianのルートファイルシステムが入っている。どうにかして，Pi3のmmcblk0p2を/var/exports/pi3-netbootにコピーする。

*** イメージファイルからコピーする方法 [#zfcad8a3]
現在のPi3BのMicroSDカードを，ディスクイメージにバックアップする。
 backupxxxx.img
これをNFSサーバにコピーする。

NFSのexportするディレクトリを作成する。
 # mkdir /var/exports/pi3-netboot

loopデバイスで空いているループバックデバイスを探す。
 # losetup -a
 # losetup -f
 /dev/loop0

/dev/loop0が空いているのがわかる。空きが無い場合は，modprobeコマンドで増やす。
 # modprobe loop max_loop=32

/dev/loop0にイメージファイルを割り当てる。
 # losetup /dev/loop0 /temp/backupxxxx.img

kpartx -aを使って，イメージファイルのパーティションを識別する。
 #kpartx -a /dev/loop0
/dev/mapperに，loop0p1とloop0p2が出来ている。

/dev/loop0p2を，/mnt/raspberrypiにマウントする。
 # mount /dev/loop0p2 /mnt/raspberrypi
 
/mnt/raspberrypiの中身をrsyncでコピーする。
 # rsync -xa /mnt/raspberrypi /var/exports/pi3-netboot
 
/mnt/raspberrypiをアンマウントする。
 # umount /mnt/raspberrypi
 
/dev/loop0を削除する。
 # kpartx -d /dev/loop0
 # losetup -d /dev/loop0
 # losetup -a

*** コピーしたRaspbianの中身を少し書き換える [#se230420]
MicroSDをマウントしているところを削除する。
この設定をするため，/var/exports/pi3-netboot/etc/fstab を編集。
''/var/exports/pi3-netboot/etc/fstab''
 proc            /proc           proc    defaults          0       0
 #/dev/mmcblk0p1  /boot           vfat    defaults          0       2         # コメント化して無効にする
 #/dev/mmcblk0p2  /               ext4    defaults,noatime  0       1         # コメント化して無効にする

** ネットワークブートを試す [#z90f23a5]
Pi3BからSDカードを抜いて，LANケーブルだけ挿した状態でON。