Embedded SIG | 树莓派的UEFI支持和网络启动

混合部署的从核启停依赖 UEFI 第三方固件支持 PSCI 标准实现，本文介绍如何使树莓派 4B 支持 UEFI，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 的树莓派镜像集成了基于树梅派 4B 的混合部署环境依赖，因此建议直接使用 openEuler Embedded UEFI+GRUB 的树莓派镜像，该镜像对齐 tiny 镜像的软件包配置，并集成 openssh 支持网络登录、混合部署 mcs 依赖库及混合部署 mcs 预留内存 mcsmem dtoverlay。

构建树梅派 openeuler-image-uefi 镜像和烧录

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

环境准备流程参考前期发布的《openEuler Embedded 对树莓派 4B 的支持》内构建指导部分。

构建命令示例：

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

构建镜像生成示例：

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

将 openeuler-image-uefi-raspberrypi4-64-*.rpi-sdimg 烧录到 SD 卡。
openEuler 烧录参考《openEuler Embedded 对树莓派 4B 的支持》内镜像使用方法部分。

openeuler-image-uefi 启动使用指导

「步骤 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。

「步骤 2」 ：更改 boot order 或手动选择 SD 卡启动，如下，最后选择 Commit Changes and Exit。

「步骤 3」 ：启动

「注意：」

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（参考官方配置说明：https://github.com/pftf/RPi4/ ）。
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https://docs.openeuler.org/zh/docs/22.03_LTS/docs/Embedded/SDK 应用开发.html。
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

如何获得 openEuler Embedded 树莓派镜像，参考前期发布的《openEuler Embedded 对树莓派 4B 的支持》。

# 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

2 下载树莓派 UEFI 固件

以 v1.33 版本为例，通过https://github.com/pftf/RPi4/releases/download/v1.33/RPi4_UEFI_Firmware_v1.33.zip下载树莓派 UEFI 固件，下载固件后解压，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/

「注意：」

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，请务必删除，否则将影响启动。

3 制作 grub 并选择启动方式

SD 卡启动参考本文章节：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」

下载地址：https://github.com/coreos/grub/releases/tag/grub-2.02
「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/
```
「说明：」

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
}
```
「说明：」

上述内容需配合 openEuler 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 gzip 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，请务必删除，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 grub 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 示例：

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，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，例如：

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」

下载地址：https://github.com/coreos/grub/releases/tag/grub-2.02
「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
```
「说明：」

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（https://repo.openeuler.org/openEuler-22.03-LTS/embedded_img/arm64/aarch64-std/openeuler-image-qemu-aarch64-20220331025547.rootfs.cpio.gz）

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

「说明：」

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：https://gitee.com/openeuler/raspberrypi/blob/master/documents/交叉编译内核.md

「注意：」

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。