树莓派4可以不用SD卡启动？

• 1.说明

• 2.什么是PXE启动

• 3.树莓派4设置PXE启动

• 4.关键配置参数说明

• 5.配置TFTP服务器

• 6.网络文件系统

• 6.1 主机上设置NFS文件系统

• 6.2 树莓派上设置启动NFS的rootfs脚本

1.说明

Raspberry Pi 4具有一个SPI连接的EEPROM（4MBits / 512KB），其中包含用于启动系统的代码，并替换了先前在SD卡的启动分区中找到的bootcode.bin。请注意，如果Pi 4的SD卡的启动分区中存在bootcode.bin，则将其忽略。

也就是说，树莓派4的启动方式可以从SPI的EEPROM启动了。关于为什么需要这个EEPROM官方的说法是：

1.与以前的Raspberry Pi型号相比，Raspberry Pi 4的启动过程和SDRAM的设置要复杂得多，因此，永久包含在SoC ROM中的代码固有的风险更大。

2.USB已移至PCIe总线，千兆位以太网驱动程序与以前的型号完全不同，因此，再次将其永久固定在SoC的ROM中是不可行的。

3.小容量SPI EEPROM允许在现场修复错误并在启动后添加功能。

4.本地可修改状态意味着Raspberry Pi 4上的网络或USB大容量存储启动不需要OTP引导模式设置。Pi4上没有用户可修改的OTP引导模式位。

本文就讲述一下如何设置树莓派启动，而改为网络启动的方式(TFTP)，目前树莓派U盘启动方式还不完善。虽然不用SD卡启动，但是操作EEPROM的时候，还是要借助SD卡进行启动Linux，然后将启动固件写入到eeprom中。下面来详细说明一下这个过程。

2.什么是PXE启动

PXE是用来通过网络引导系统的。也就是系统通过网络进行启动，这样就不用硬盘，从服务器中获取系统镜像。

当安装大量设备系统的时候，如果有了PXE启动，那么就可以大大加快系统的安装的速度。

上面就是基本的一个PXE启动的流程。

3.树莓派4设置PXE启动

树莓派4上有EEPROM，可以将启动固件放到EEPROM中。但是不幸的是，操作树莓派自带的EEPROM需要树莓派的系统，也就是必须最开始的时候，需要制作启动树莓派4的SD卡镜像，然后通过SD卡启动Linux后，修改EEPROM中的内容。

关于如何制作树莓派SD卡镜像，可以参考我下面的文章：

树莓派4最小化安装Linux

三个前提条件：

1.登录控制台(用户名：pi，密码：raspberry)

2.树莓派要能够连接网络

3.可以安装配置rpi-config程序

3.1 安装rpi-eeprom

rpi-eeprom是在树莓派固件中操作树莓派4的eeprom的程序，通过下面的命令进行安装。

sudo apt-get updatesudo apt-get full-upgradesudo apt-get install rpi-eeprom

以上操作如果下载比较慢可以更换国内的源进行：

修改sources.list文件

sudo vim /etc/apt/sources.list

用#注释掉之前的源，然后新增

deb http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/raspbian/raspbian/ buster main non-free contribdeb-src http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/raspbian/raspbian/ buster main non-free contrib

接着修改raspi.list

sudo vim /etc/apt/sources.list.d/raspi.list

同样注释掉之前的源

修改如下：

deb http://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/raspberrypi/ buster main ui

修改完成就OK了。

安装完成，检测一下eeprom现有的配置。

vcgencmd bootloader_config

可以见到如下信息

以上的信息是我以及配置好了的，最开始的信息可能不是这个。但是没关系，接下来教你设置。

第一步：提取配置文件

cp /lib/firmware/raspberrypi/bootloader/stable/pieeprom-2020-01-17.bin pieeprom.binrpi-eeprom-config pieeprom.bin > bootconf.txt

将配置文件进行拷贝，并且放到指定的目录。pieeprom.bin就是配置文件，然后导出成txt文件。该文件的作用与之前树莓派SD卡中的config.txt类似。

第二步：设置bootconf.txt中的内容

我配置的内容如下：

[all]BOOT_UART=1WAKE_ON_GPIO=1POWER_OFF_ON_HALT=0DHCP_TIMEOUT=45000DHCP_REQ_TIMEOUT=4000TFTP_FILE_TIMEOUT=30000TFTP_IP=192.168.12.194TFTP_PREFIX=1BOOT_ORDER=0x21SD_BOOT_MAX_RETRIES=3NET_BOOT_MAX_RETRIES=5TFTP_PREFIX_STR=raspi4/[none]FREEZE_VERSION=0

后面会解释一下其中的内容。

第三步：将配置写回pieeprom.bin文件中

rpi-eeprom-config --out pieeprom-new.bin --config bootconf.txt pieeprom.bin

这一步用于将配置文件写回。

第四步：将pieeprom.bin烧录到eeprom中

sudo rpi-eeprom-update -d -f ./pieeprom-new.bin

看到如下输出信息即可

此时将SD卡取出，就可以看到系统从eeprom起来。

4.关键配置参数说明

BOOT_UART【关注】

如果设置为1，表示使能GPIO 14和 15的输出，也就是我们可以连接串口打开信息。其串口参数为波特率115200，8位，无奇偶校验位，1位的停止位。

对于有串口调试助手的，建议用硬件串口输出信息，所以该位设置为1。

WAKE_ON_GPIO

如果为1，则“ sudo halt”将以低功耗模式运行，直到GPIO3或GLOBAL_EN短路接地。

TFTP_PREFIX【关注】

为了支持每个Pi的唯一TFTP引导目录，引导加载程序会在文件名前面加上设备特定的目录。如果在前缀目录中都找不到start4.elf和start.elf，则清除前缀。在较早的型号上，序列号用作前缀，但是，在Pi4上，不再从序列号生成MAC地址，这使得很难通过检查DHCPDISCOVER数据包在服务器上自动创建tftpboot目录。为此，可以将TFTP_PREFIX定制为MAC地址，固定值或序列号（默认）。

0 - Use the serial number e.g. "9ffefdef/"1 - Use the string specified by TFTP_PREFIX_STR2 - Use the MAC address e.g. "DC-A6-32-01-36-C2/" Default: 0

这里我设置成1，让后设置TFTP_PREFIX_STR路径。

TFTP_PREFIX_STR【关注】

当TFTP_PREFIX设置为1的时候，可以设置TFTP_PREFIX_STR的路径。例如

TFTP_PREFIX_STR=raspi4/

这是为了告诉树莓派4，到哪个目录下去找启动文件。由于可能有不同的树莓派固件，所以这里会不同。

TFTP_IP

设置TFTP服务器的IP地址,树莓派的IP地址是通过DHCP自动获取的。

TFTP_IP=192.168.12.194

BOOT_ORDER

该参数配置了不同的启动模式

• 0x0 - NONE (stop with error pattern)
• 0x1 - SD CARD
• 0x2 - NETWORK

启动模式是一个32bit的通过特定的位来决定的。如果设置0x21，表示网络启动失败时通过SD卡进行启动。

如果设置成0x2则表示网络启动失败，不通过SD卡启动。这里我们设置成0x21。

5.配置TFTP服务器

如果不用SD卡，让树莓派4启动，那么启动固件必须放在TFTP服务的特定的目录中。

这里我在Ubuntu上搭建了一个TFTP服务器。

第一步:安装tftpd-hpa

sudo apt-get install tftp-hpa tftpd-hpa

第二步:编辑脚本文件

sudo gedit /etc/default/tftpd-hpa

脚本内容如下：

# /etc/default/tftpd-hpa TFTP_USERNAME="tftp"TFTP_DIRECTORY="/home/bigmagic/tftpboot/" //tftpboot绝对路径TFTP_ADDRESS=":69"TFTP_OPTIONS="--secure"

第三步:启动服务器

service tftpd-hpa restart

之后还需要做的事情就是

sudo chmod 777 /home/bigmagic/tftpboot/ -R

让目录权限变成可以访问权限。

在/home/bigmagic/tftpboot/创建目录，用于存放SD卡上的启动文件

mkdir raspi4

最后将SD卡中的文件放到树莓派4中。

6.网络文件系统

操作系统起来后，如果要挂在SD卡或者网络文件系统，肯定是需要指定网络文件系统的。之前在SD卡上制作启动文件的时候，我们是将跟文件系统放在SD卡上所以通过PXE启动后的效果如下：

找不到SD卡，通过网络方式启动

从网络中读取相关的文件。

可以看到检测不到sd卡上的文件系统。接着我们需要通过网络启动文件系统。

6.1 主机上设置NFS文件系统

因为我们的文件系统是在NFS上，所以主机上设置NFS文件系统是让树莓派访问文件系统。

其实前面的TFTP是引导系统，而这个NFS则是为了让rootfs从NFS上启动。

sudo apt install nfs-kernel-server

接着编辑nfs的相关配置

echo "/home/bigmagic/nfs/client1 *(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)" | sudo tee -a /etc/exports

设置权限

chmod 777 nfs/ -R

然后启动服务

sudo service nfs-kernel-server restart

6.2 树莓派上设置启动NFS的rootfs脚本

由于现在树莓派4上没有了SD卡，启动脚本在/home/bigmagic/tftpboot/raspi4中。所以去修改cmdline.txt文件。

修改文件内容如下:

console=serial0,115200 console=tty1 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.12.194:/nfs/client1,vers=4.1,proto=tcp rw ip=dhcp rootwait elevator=deadline

启动ip地址自行修改。

接着执行

接下来要做的事情就是将我们的跟文件系统拷贝到/home/bigmagic/nfs/client1目录下。

此目录可以从我们之前制作的SD卡的rootfs文件系统中进行拷贝。

操作完成后输入

echo "192.168.12.194:/tftpboot /boot nfs defaults,vers=4.1,proto=tcp 0 0" | sudo tee -a /home/bigmagic/nfs/client1/etc/fstab

以上操作后便可启动网络文件系统了。

7.总结

上述介绍了树莓派4不用SD卡启动系统的办法，对于树莓派4来说，可以通过内置的EEPROM进行启动固件的存放。通过这种方式，可以为内核调试增加了许多方便的地方。这种对于做开发树莓派的人来说，可以专注于程序的开发，不用为频繁的插拔卡带来烦恼。同时这种方式对镜像升级也提供了很多便利。