如何使樹莓派 4B 支持 UEFI

混合部署的從核啟停依賴 UEFI 第三方固件支持 PSCI 標準實現(xiàn)，本文介紹如何使樹莓派 4B 支持 UEFI，并可通過 SD 卡或網(wǎng)絡(luò)啟動 openEuler Embedded。

使用 openEuler Embedded UEFI+GRUB 的樹莓派鏡像

openEuler Embedded 的樹莓派鏡像集成了基于樹梅派 4B 的混合部署環(huán)境依賴，因此建議直接使用 openEuler Embedded UEFI+GRUB 的樹莓派鏡像，該鏡像對齊 tiny 鏡像的軟件包配置，并集成 openssh 支持網(wǎng)絡(luò)登錄、混合部署 mcs 依賴庫及混合部署 mcs 預留內(nèi)存 mcsmem dtoverlay。

構(gòu)建樹梅派 openeuler-image-uefi 鏡像和燒錄

分支支持要求：openEuler-22.09 及之后的主線 master 分支。

環(huán)境準備流程參考前期發(fā)布的《openEuler Embedded 對樹莓派 4B 的支持》內(nèi)構(gòu)建指導部分。

構(gòu)建命令示例：

su openeulersource /usr1/openeuler/src/yocto-meta-openeuler/scripts/compile.sh raspberrypi4-64 /usr1/openeuler/src/build/build-raspberrypi4-64/bitbake openeuler-image-uefi

構(gòu)建鏡像生成示例：

openeuler-image-uefi-raspberrypi4-64-*.rootfs.rpi-sdimg

將 openeuler-image-uefi-raspberrypi4-64-*.rpi-sdimg 燒錄到 SD 卡。

openEuler 燒錄參考《openEuler Embedded 對樹莓派 4B 的支持》內(nèi)鏡像使用方法部分。

openeuler-image-uefi 啟動使用指導

「步驟 1」：燒錄后首次啟動需修改 UEFI 配置，啟動階段按 ESC 進入 UEFI，按下圖操作解鎖 3G 內(nèi)存限制并關(guān)閉 ACPI 選用 DEVICETREE，保存重啟后再操作步驟 2。

「步驟 2」：更改 boot order 或手動選擇 SD 卡啟動，如下，最后選擇 Commit Changes and Exit。

「步驟 3」：啟動

「注意：」

此 UEFI 版本的固件默認使用 3G 內(nèi)存 limit，可以在 UEFI 菜單中關(guān)閉 3G limit，否則系統(tǒng)啟動后你看到的內(nèi)存只有 3G（參考官方配置說明：https://github.com/pftf/RPi4/ ）。

該版本 UEFI+ACPI 部署方法有缺陷（HDMI 驅(qū)動異常），首次使用必須進入 UEFI 菜單，使用 DEVICETREE 模式。

手動刷新固件使樹莓派 4B 支持 UEFI 引導

環(huán)境/工具準備

編譯工具鏈：可用 openEuler Embedded 的交叉編譯工具鏈，參考https://docs.openeuler.org/zh/docs/22.03_LTS/docs/Embedded/SDK 應(yīng)用開發(fā).html。

設(shè)備：建議樹莓派 4B 的出廠配置，包括樹莓派 4B 基礎(chǔ)套件和 SD 卡。

openEuler Embedded 標準鏡像 + UEFI 固件下載和刷新方法

1 將 openEuler Embedded 樹莓派鏡像燒錄到 SD 卡

如何獲得 openEuler Embedded 樹莓派鏡像，參考前期發(fā)布的《openEuler Embedded 對樹莓派 4B 的支持》。

# 假設(shè)鏡像名 openeuler-image-raspberrypi4-64.rootfs.rpi-sdimg，SD卡識別為/dev/sda (linux環(huán)境)sudo dd bs=4M if=openeuler-image-raspberrypi4-64.rootfs.rpi-sdimg of=/dev/sda

燒錄完成后，將 SD 卡（boot 盤）根目錄的 kernel8.img 文件壓縮成 Image.gz：

# boot分區(qū)可能已經(jīng)滿了，移出kernel8.img再操作mv SDbootVolumes/kernel8.img /tmp/Imagegzip -c /tmp/Image > SDbootVolumes/Image.gz

2 下載樹莓派 UEFI 固件

以 v1.33 版本為例，通過https://github.com/pftf/RPi4/releases/download/v1.33/RPi4_UEFI_Firmware_v1.33.zip下載樹莓派 UEFI 固件，下載固件后解壓，將除了bcm2711-rpi-4-b.dtb之外的所有文件拷貝到 SD 卡（boot 盤）根目錄（覆蓋之前的文件）:

# 備份bcm2711-rpi-4-b.dtbcp SDbootVolumes/bcm2711-rpi-4-b.dtb /bakdir/bcm2711-rpi-4-b.dtbcp -rf /xxx/RPi4_UEFI_Firmware_v1.33/* SDbootVolumes/# 恢復使用備份的openEuler Embedded的dtbcp /bakdir/bcm2711-rpi-4-b.dtb SDbootVolumes/

「注意：」

3G 內(nèi)存解鎖和關(guān)閉 ACPI 使能 DEVICETREE 請參考上述“openeuler-image-uefi 啟動使用指導”章節(jié)

kernel8.img 不再需要，請務(wù)必刪除，否則將影響啟動。

3 制作 grub 并選擇啟動方式

SD 卡啟動參考本文章節(jié)：樹莓派 UEFI 之手動制作 grub 并通過 SD 卡啟動 openEuler Embedded

網(wǎng)絡(luò)卡啟動參考本文章節(jié)：樹莓派 UEFI 之手動制作 grub 并通過網(wǎng)絡(luò)啟動 openEuler Embedded

樹莓派 UEFI 之手動制作 grub 并通過 SD 卡啟動 openEuler Embedded

grub 準備（編譯+制作 grub 啟動組件）

「grub 源碼獲取」

下載地址：https://github.com/coreos/grub/releases/tag/grub-2.02

「grub 組件編譯」

解壓源碼包并進入根目錄，準備開始構(gòu)建 arm64-efi（交叉編譯）的 grub 庫，注意此時交叉編譯工具已經(jīng)配置完畢，按如下步驟執(zhí)行：

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

構(gòu)建成功后，在當前目錄會生成對應(yīng)的二進制和 grub 組件依賴庫，其中 grub-core 即制作 grub-efi 需要的工具庫，grub-mkimage 即制作板子 grub.efi 引導的 host-tool。

「制作引導程序」

接下來制作板子引導 grub 程序，下例輸出名為 bootaa64.efi，生成后請放置到 SD 卡 boot 分區(qū)的對應(yīng)目錄（/EFI/BOOT/bootaa64.efi）：

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

「說明：」

xxxxx 目錄中請不要帶“.”，否則請適配上述語法。

「制作引導配置文件」

最后，編輯 grub.cfg 配置文件，grub.cfg 配置文件同 bootaa64.efi 放在一起（/EFI/BOOT/grub.cfg），就緒后在 UEFI 菜單中選擇 SD 卡啟動即可。grub.cfg 示例內(nèi)容如下（后面是 cmdline 內(nèi)容，linux gz 壓縮的內(nèi)核，使用 SD 卡分區(qū)，不需要 initrd）：

insmod gzioset 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=E401E2: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}

「說明：」

上述內(nèi)容需配合 openEuler Embedded 構(gòu)建的樹莓派鏡像，并在 UEFI 非 ACPI（DEVICETREE）下使用，dtb 使用 openEuler Embedded 鏡像中的內(nèi)容。其中 Image.gz 即內(nèi)核 Image 的 gzip 壓縮，可通過gzip -c kernel8.img > Image.gz獲得（若使用 openEuler Embedded 鏡像），kernel8.img 不再需要，請務(wù)必刪除，否則將影響啟動。

樹莓派 UEFI 之手動制作 grub 并通過網(wǎng)絡(luò)啟動 openEuler Embedded

1 準備 PXE 部署服務(wù)器

以 ubunutu 14.04 為例，dhcp 中指定的 filename 就是 grub 的 efi 引導文件名。

假設(shè)服務(wù)器網(wǎng)段為 192.168.10.x，服務(wù)器 IP 為 192.168.10.1，網(wǎng)卡 eth0 用于 dhcp 服務(wù)，初始化服務(wù)器 IP 示例：

sudo ifconfig eth0 192.168.10.1 up

2 使能 DHCP 服務(wù)

安裝 DHCP 軟件：

sudo apt-get install isc-dhcp-server

編輯/etc/dhcp/dhcpd.conf 文件，例如：

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"; #默認下載的grub文件名，和3中制作的efi引導程序名字需匹配option routers 192.168.10.1;next-server 192.168.10.1; #tftp服務(wù)器IP，PXE必須，HTTPBOOT可選option broadcast-address 192.168.10.255;}

配置 DHCP 服務(wù)網(wǎng)絡(luò)接口，編輯文件/etc/default/isc-dhcp-server增加/修改字段：

INTERFACES=”eth0” #dhcp使用的網(wǎng)卡

啟動 DHCP 服務(wù)：

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

3 使能 TFTP 服務(wù)

安裝 TFTP 服務(wù)器軟件:

sudo apt-get install tftpd-hpa

配置 TFTP 服務(wù)，編輯/etc/default/tftpd-hpa文件，例如：

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

啟動 TFTP 服務(wù)：

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

4 grub 準備（編譯+制作 grub 啟動組件）

「grub 源碼獲取」

下載地址：https://github.com/coreos/grub/releases/tag/grub-2.02

「grub 組件編譯」

解壓源碼包并進入根目錄，準備開始構(gòu)建 arm64-efi（交叉編譯）的 grub 庫，注意此時交叉編譯工具已經(jīng)配置完畢，按如下步驟執(zhí)行：

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

構(gòu)建成功后，在當前目錄會生成對應(yīng)的二進制和 grub 組件依賴庫，其中，grub-core 即制作 grub-efi 需要的工具庫，grub-mkimage 即制作板子 grub.efi 引導的 host-tool。

「制作引導程序」

接下來制作板子引導 grub 程序，下例輸出名為 mygrub.efi：

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

「說明：」

xxxxx 目錄中請不要帶“.“，否則請適配上述語法。

「制作引導配置文件」

最后，編輯 grub.cfg 配置文件，grub.cfg 配置文件放在 tftp 的根目錄（/var/lib/tftpboot/grub.cfg），就緒后在 UEFI 菜單中選擇 IPV4 網(wǎng)絡(luò)啟動即可，grub.cfg 示例內(nèi)容如下（Image.gz 后面是 cmdline 內(nèi)容，linux gz 壓縮的內(nèi)核，initrd 文件系統(tǒng)）：

insmod gzioset 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=E401E2:E2 vc_mem.mem_base=0x3ec00000 vc_mem.mem_size=0x40000000  dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 console=ttyS0,115200 console=ttyAMA0,115200initrd /initrd.cpio.gz}

附：網(wǎng)絡(luò)啟動時內(nèi)核 Image.gz 和文件系統(tǒng) initrd 的來源說明

文件系統(tǒng)例子

若使用網(wǎng)絡(luò)啟動，可使用 openEuler Embedded 構(gòu)建的標準樹梅派鏡像構(gòu)建過程中的 rootfs 并手動打包，也可使用 openEuler Embedded 發(fā)布的 qemu-aarch64 參考文件系統(tǒng) （https://repo.openeuler.org/openEuler-22.03-LTS/embedded_img/arm64/aarch64-std/openeuler-image-qemu-aarch64-20220331025547.rootfs.cpio.gz）

手動打包 rootfs 例子（預先需準備 openEuler Embedded 樹梅派已構(gòu)建完成的環(huán)境）：

# 假設(shè)已經(jīng)處于構(gòu)建build目錄cd tmp/work/raspberrypi4_64-openeuler-linux/openeuler-image/1.0-r0/rootfs/find . | cpio -H newc -o | gzip -n9c > ../initrd.cpio.gz# 生成在上層目錄的initrd.cpio.gz即為所需文件系統(tǒng)

「說明：」

配置文件系統(tǒng)/etc/inittab 時注意 getty 登錄時串口重定向要配置正確，否則可能沒有打印。（樹莓派 4B 硬件串口 PL011 對應(yīng)，引腳 14TXD 和 15RXD）

內(nèi)核例子

若使用網(wǎng)絡(luò)啟動，可使用 openEuler Embedded 構(gòu)建的標準樹梅派鏡像中的 kernel8.img，格式即 Image，然后通過 gzip 壓縮為 Image.gz 格式。

內(nèi)核單獨編譯例子（openEuler）

參考 openEuler 樹莓派交叉編譯內(nèi)核 ：https://gitee.com/openeuler/raspberrypi/blob/master/documents/交叉編譯內(nèi)核.md

「注意：」

若使用上述 UEFI+ACPI 部署方法，必須在 config 中開啟 ACPI 系列功能支持。在make menuconfig ARCH=arm64菜單中，選中 ACPI 默認系列支持。建議在 UEFI 中關(guān)閉 ACPI 選用 DEVICETREE（參考 openeuler-image-uefi 啟動使用指導相關(guān)配置）。

編譯生成的 Image，在上述 efi 配置下，grub.cfg 的 Linux 格式需使用 gz 命令壓縮成 Image.gz。

操作說明

將上述內(nèi)核和文件系統(tǒng)，放在 tftp 服務(wù)目錄（/var/lib/tftpboot）下即可進行網(wǎng)絡(luò)啟動。

網(wǎng)絡(luò)啟動基本流程如下：

DHCP 服務(wù)器給單板分配 IP

單板啟動 UEFI 選擇 PXE 啟動

PXE 根據(jù) DHCP 的 filename 和 tftp 服務(wù)器地址，從 tftp 服務(wù)器下載 mygrub.efi

進入 grub 引導程序，根據(jù) grub.cfg 配置，從對應(yīng) tftp 目錄下載文件系統(tǒng)和內(nèi)核并加載啟動

其中，使用的 ACPI 資源表/DTB 是 UEFI 固件初始化好的（引導內(nèi)核前已放在對應(yīng)內(nèi)存），不過 cmdline/bootargs 可通過 grub.cfg 進行配置，在加載內(nèi)核時，grub 會傳遞給 UEFI 并上報給系統(tǒng)。