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変更点

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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。

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+* 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:
+:3020000a
+x3020000a 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:
+: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，
+: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。~
+: 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。