組込みLinux　Beaglebone Black でやってみる　その4　TFPTで起動

実際に、BBBをmicroSDカードからブートし、TFTP転送でKernelイメージのuImageとデバイスツリーのam355x-boneblack.dtbをホストPCからダウンロードして起動してみます。　TFTPとNFSが出来ると、一度U-BOOTのboot.scrでのブート手順が決まれば、microSDカードを抜き差しをせずに、ホストPCだけで作業が出来るようになります。　microSDカードはスロットもカード自体も強くなく、一日何十回も繰り返し挿抜を繰り返すとスロットもエラーを起こしやすくなる可能性があります。

Ethernetを使った起動

Ethernet起動では、ブート時にEthernet経由でLinuxイメージやルートファイルなど転送します。　Ethernetの転送でもいろいろ転送があるけど、TFTPが軽快で良いみたい。　通常のAckのやり取りがあるTCP/IPでなく、TFTPはAckのないUDP/IPで通信する方法。　U-BOOTはTFTP機能が搭載されているので、Linux Kernelが立ち上がる前に、U-BOOTのu-boot.imgがBBBのmicroSD内あればTFTP転送できる。　ここではTFTP転送でのブートをしてみる。　ホストPC側にはFTPサーバーと同様にTFTPのサーバーを設定しておく必要がある。

Ethernetでの転送プロトコル種類

• TFTP —- Trivial FTP　—U-BOOTに搭載されているのでこれを使います
• HTTP
• FTP
• NFS　— U-BOOTに搭載されていますが、その7でKernel起動後にKernel組込ドライバからNFSを使います。
• SMTP
• etc

TFTP　ブート

U-BOOT(u-boot.img) がtftp通信をサポートしているのでuImageと.dtbファイルを転送してブートする。

ここでは『その１』でダウンロードしたファイルを使います。

1. MLO
2. u-boot.img
3. uImage
4. am335x-boneblack.dtb
5. initramfs
6. ルートファイルシステム

microSDカード

以下の３つのファイルをmicroSDのfat16 フォーマットでbootフラグがついている/BOOT/第1パーティション入れて、BBBに挿入する。　この時、第２パーティションの/ROOFS/には、前回のままルートファイルシステムが入っている状態です。

• MLO —- U-BOOTをビルドした時に生成
• u-boot.img—- U-BOOTをビルドした時に生成
• boot.scr

microSDの/BOOT/パーティションから、以下ファイルを削除しておきます。

• am33x-boneblack.dtb
• uImage
• initramfs　—-　これは『その１』で入れてませんが、存在しないことを確認。

ホストPCの/var/lib/tftpboot/

ホストPC(uBuntu)の/var/lib/tftpboot/がホストPCのtftpサーバーのルートディレクトリとします。　このディレクトリに以下のファイルを入れます。　* /var/lib/tftpboot/は自動的に設定される場合もあるみたいですが、私の場合は/etc/xinetd.d/tftpにserver_argでルートとして設定する必要がありました。

• am33x-boneblack.dtb
• uImage
• initramfs　—-　以下作り方を参照ください『initramfsの作り方』。『initframfsとは』

1. BBB内のROMからmicroSDにMLOを探しに行く
2. MLOが起動して
3. u-boot.imgをDDRの先頭にロードして起動する
4. boot.scrの記述を実行して
5. ホストPCのIPアドレスとディレクトリアドレスとTFTPプロトコルを使ってホストPCから以下のファイルを順番にダウンロードして、boot.scrで指定したDDRアドレスに配置する
6. boot.scrに書かれたDDRのアドレスを元にブートする

LANケーブル接続

BBBのLANポートとuBuntu PCのLANポートを接続します。

ホストPC(uBuntu)でTFTPサーバーのインストール〜設定〜起動

1. xinetd、tftp、tftpdのインストール（以下、下のコード参照）
2. /etc/xinetd.d/tftpにtftpの設定
3. service tftp内の、server_args = -s /var/lib/tftpboot　がtftpのルートディレクトリ指定
4. ホストPCとBBBのをLAN接続する
5. ホストPCのIPアドレスを設定する。　ifconfigでLANの調べて、ifconfig <LAN名> <IPアドレス>で設定する。　私のPCではLAN名はenp4s0でした。
6. これらを以下の様に実行していきます。

uBuntu $ sudo apt install xinetd tftp tftpd
uBuntu $ sudo vi /etc/xinetd.d/tftp
//以下を記述する。　ディレクトリは先に作成する。
service tftp
{
    protocol = udp
    port = 69
    socket_type = dgram
    wait = yes
    user = nobody
    server = /usr/sbin/in.tftpd
    server_args = -s /var/lib/tftpboot
}
// TFTPサーバーのルートディレクトリ準備
uBuntu $ sudo mkdir -p /var/lib/tftpboot
// /var/lib/tftpboot/ に　このシリーズの『その１』ダウンロードした、tftpboot用のuImage, initramfs, am335x-boneblack.dtb を入れておく
uBuntu $ cd ~/BBB_Workspace/EmbeddedLinuxBBB/pre-built-images/tftp-boot
uBuntu $ sudo cp -r * /var/lib/tftpboot/
uBuntu $ sudo chmod -R 777 /var/lib/tftpboot  
uBuntu $ sudo chown -R nobody /var/lib/tftpboot
uBuntu $ systemctl status xinetd  //tftp動作状態の確認
uBuntu $ service xinetd stop      //tftp停止
uBuntu $ service xinetd start     //tftp動作再起動して、service tftpの/var/lib/tftpbootを確実に反映させる。
uBuntu $ ifconfig                 //これでLANポートの名前を調べる。　enp4s0　eth0 みたいな感じ。　wifiはwlp2s0みたいな感じ
uBuntu $ sudo ifconfig enp4s0 192.168.27.1   //ifconfigでIPアドレス設定は仮設定なので、すぐ消える場合がある

minicomでU-BOOTで1コマンドずつ実行

そして、もう一つのコマンドプロンプトを開いて、minicomを立ち上げて、１行ずつ実行していきます。　１行ずつ実行するのは、動作の確認やデバッグ等で非常に有効なのでここで慣れておきましょう。　今回はまず１行ずつ実行し、U-BOOTコマンド実行にも慣れ、ブートの順番も理解していきます。

6. （BBBとホストPCはUARTーUSBで接続されている状態で）sudo minicomを立ち上げて、ホストPC半角モードにして、minicomにフォーカスがあたっている状態で、
7. BBBのS3（POWER）を長押しして電源を切る。
8. uBuntuからmicroSDをumount（eject)して、BBBに装着する。
9. S2(BOOT_SEL)を押し続けながら、S3(POWER）を押して、すぐホストPCのスペースキーを押しっぱなしにして、minicomでU-BOOTコマンドプロンプトに入る。　
10. プロンプトは『U-BOOT>』と表示されるか、私の場合は単に『=>』の表示となりました。
11. 下のコードを１行づつ実行する。『BBB =>』はminicomでBBB側の設定という意味で、『BBB』とは表示されません。

//minicomを立ち上げて、BBB の電源を入れて、minicomで半角スペースを押しっぱなしにしてu-bootコマンドプロンプトにはいる
BBB => setenv serverip 192.168.27.1             // uBuntuのLANに設定したIPアドレスと同じ
BBB => setenv ipaddr 192.168.27.2               // uBuntuのLANに設定したネットマスク部は同じで、一番右の数字違い
BBB => ping 192.168.27.1                        // これでuBuntuとの接続確認
BBB => tftpboot 0x82000000 uImage        　　　　 //memory(DDR)アドレス0x82000000にuImageを書き込む
BBB => tftpboot 0x88000000 am335x-boneblack.dtb  //memory(DDR)アドレス0x88000000にam335x-boneblack.dtbを書き込む
BBB => tftpboot 0x88080000 initramfs        　　　//memory(DDR)アドレス0x88080000にinitramfsを書き込む
BBB => setenv bootargs console=ttyO0,115200 root=/dev/ram0 rw initrd=0x88080000 bootwait
BBB => bootm 0x82000000 0x88080000 0x88000000     //memory（DDR)からのブート

立ち上がりました。　このようになれば成功で『その４』は完了です。　因みに、下の図でChangedとなっているのはルートFS の/etc/issueファイルを変更したからです。　

参考：BBBのボタンの場所

echo **************boot_sd started************
setenv ipaddr 192.168.27.2
setenv serverip 192.168.27.1
echo ********** Booting from microSD ... *******
setenv autoload no
tftpboot 0x82000000 uImage
tftpboot 0x88000000 am335x-boneblack.dtb
tftpboot 0x88080000 initramfs
setenv bootargs console=ttyS0,115200 root=/dev/ram0 rw initrd=0x88080000 bootwait mem=512m debug rootwait
bootm 0x82000000 0x88080000 0x88000000

$ mkimage -A arm -O linux -T script -C none -a 0 -e 0 -d boot_sd_tftp.cmd boot.scr

$ sudo apt update
$ sudo apt install uboot-mkimage      // これか
$ sudo apt install uboot-tools        // これ。　これはmkimage以外のツールもインストール。

$ cp boot.scr /media/ichiri/BOOT/

tftpでダウンロード出来ない時の確認事項

1. ダウンロードするファイルの所有(nobody)とアクセス権(777)を確認
2. 次はuBuntu PCのLAN portのIPアドレス確認。　ちゃんとBBBで設定したserveripと同じになっているか確認。　違っていたら、sudo ifconfigを使ってuBuntu PCのLANのIPアドレスを設定する。　ifconfigはIPアドレスの仮設定なので、uBuntuを起動した時はまた設定しなければなりません。　そして、何度も接続するまでは、数分で消えてしまうので、何度も設定し直しが必要です。
3. tftp serviceが動作している確認。　systemctl status xinetd

その他　

intramfsを使わない場合のboot.scr例

intramfsも使わないのでnointrd。　ルートFSは、microSDに入っているので、root=/dev/mmcblk0p2となる。

echo **************boot_sd started************
setenv ipaddr 192.168.27.2
setenv serverip 192.168.27.1
setenv loadaddr 0x82000000
setenv fdtaddr 0x88000000
echo ********** Booting from microSD ... *******
setenv autoload no
tftpboot ${loadaddr} uImage
tftpboot ${fdtaddr} am335x-boneblack.dtb
setenv bootargs console=ttyS0,115200n8 noinitrd rootfstype=ext3 root=/dev/mmcblk0p2 rw mem=512m debug rootwait
bootm ${loadaddr} - ${fdtaddr}

tftp経由でファイルを取得

上記ではU-BOOTコマンドプロンプトでtftpbootコマンドでファイルを取得し、メモリ（DDR)の指定アドレスに格納した。　ここではtftpbootコマンドでなく、Linuxのコマンドプロンプトからtftpコマンドでファイルを取得しこのコマンドを実行したディレクトリにファイルを格納する。

BBB # tftp -r ichiri.txt -g 192.168.27.1  //これで　ホストPCの/var/lib/tftpboot/からファイルをとってこれる。　tftpbootコマンドはu-bootのコマンド。　Linuxコマンドはtftpで、相手のIPアドレスの指定が必要。
//tftp: sendto: Network is unreachable が出たら、ifconfigでLANポートのipアドレス設定する

$ sudo apt update
$ sudo apt install u-boot-tools
$ cd <rootfs_directory>
<rootfs_directory> $ find . | cpio -H newc -o > ../initramfs.cpio
<rootfs_directory> $ cat ../initramfs.cpio | gzip > ../initramfs.gz
<rootfs_directory> $ mkimage -A arm -O Linux -T ramdisk -C none -a 0x80800000 -n "Root Filesystem" -d ../initramfs.gz  ../initramfs