ラズパイ用純正 Debian/Linux 起動SDカードを作る手順

更新：おおむね以下の方法で作成したSDカードが http://114.150.218.139:63873/RPi-boot-images/ にあります

自分でSDカードを作るメリットには

• btrfs にできる (Raspberry Pi OSでこれをやるのはちょっとむずかしい印象)
• http://raspi.debian.net にあるラズパイ3とラズパイ4用SDカードイメージでは、実行ファイルがすべて64bit ARM用になっていてメモリ消費が無駄に多いが、自分で作れば32bit実行ファイルを用いて消費メモリを節約できる。
• swap パーティションも作れる
• インストールするパッケージを自分で決めることができて、使わないものを最初から入れないようにできる
• ネットワーク設定にifupdownではなくてNetwork Managerやsystemd-networkdを使える

などがあります。以下の手順はSDカードを作るパソコンではUbuntuかDebianが稼働している必要があります。SDカードにインストールするDebianのバージョンは11 (Bullseye)です。Raspberry Pi OSではないです。だいたい以下のことを自動でやるスクリプトが https://github.com/emojifreak/debian-rpi-image-script にあります。

必要パッケージインストール

パソコンのほうで sudo apt-get install gparted systemd-container qemu-user-static binfmt-support btrfs-progs として必要パッケージをインストールして下さい。

SDカードのパーティション切りとフォーマット

• パソコンに空のSDカードを挿入して、sudo gparted /dev/mmcblk0 としてgpartedを起動します。
• 必要なら「デバイス」→「パーティションテーブルの作成」を選んでパーティションテーブルを作成します（以下スクリーンショット）
  
• 以下のように起動パーティションを256MB程度でつくります。ファイルシステムをfat32にしてラベルをRASPIFIRMとします。
  
• 以下のようにルートファイルシステムを作ります。btrfsでもそうでなくてもいいですが、ラベルをRASPIROOTにします。大きさもなんでもいいです。
  
• スワップパーティションを以下のように作ります。大きさはラズパイの実メモリ量よりも少し大きめにするとよいと思います。ラベルをRASPISWAPとします。
  

上記の作業を終えると、SDカードのパーティションとファイルシステムは下記のようになるはずです。問題なくできていたらgpartedを終了します。

mmdebstrap によるルートファイルシステムへのラズパイ用パッケージ

基本作業(ラズパイ3または4)

sudo bash などとしてパソコンのrootプロンプトで以下を実行して下さい。

1. mount -o async,discard,lazytime,noatime,compress-force=lzo,nobarrier,commit=300 /dev/mmcblk0p2 /mnt
2. mmdebstrap --architectures=arm64 --variant=apt --components="main contrib non-free" --include=linux-image-arm64,udev,kmod,e2fsprogs,btrfs-progs,systemd-sysv,libpam-systemd,libnss-systemd,dbus-user-session,locales,tzdata,openssh-server,bash,apt-utils,whiptail,vim-tiny,less,man-db,wpasupplicant,crda,raspi-firmware,firmware-brcm80211,firmware-linux-free,firmware-misc-nonfree,keyboard-configuration,console-setup,fake-hwclock bullseye /mnt

ifupdown を用いる場合の変更

ifupdown,isc-dhcp-client をmmdebstrapに与えるパッケージとして追加する

Network Manager を用いる場合の変更

network-manager をmmdebstrapに与えるパッケージとして追加する

ラズパイ2の場合の変更

--architectures=arm64 を --architectures=armhf に変更し linux-image-arm64 を linux-image-armmp に変更します

ラズパイ0または1の場合の変更

--architectures=arm64 を --architectures=armel に変更し linux-image-arm64 を linux-image-rpi に変更します

ラズパイ3または4でメモリ節約のために実行ファイルを32bit版にする場合

--architectures=arm64 を --architectures=armhf,arm64 に変更します。カーネルは linux-image-arm64 のままでよいです。

不要なパッケージ

以下のような場合には mmdebstrap の引数に渡すパッケージから以下のものを除くことができます。

• キーボードを使わないなら keyboard-configuration,console-setup は不要
• 無線LANを使わないなら wpasupplicant,crda は不要
• btrfs を使わないなら btrfs-progs は不要
• SSHによるリモートログインをしないなら openssh-server は不要

標準的なパッケージの追加

mmdebstrap の --variant=apt を --variant=important または --variant=standard に置き換えることで、重要なパッケージや標準的なパッケージがインストールされるようになります。

ブートパーティションの作成

1. mount -o async,discard,lazytime,noatime /dev/mmcblk0p1 /mnt2
2. cp -Rp /mnt/boot/firmware/* /mnt2
3. rm -rf /mnt/boot/firmware/*
4. umount /mnt2
5. mount -o async,discard,lazytime,noatime /dev/mmcblk0p1 /mnt/boot/firmware
6. /mnt/boot/firmware/cmdline.txt 内の root= の部分を root=LABEL=RASPIROOT に変更します
7. ラズパイ3または4でarmhf (32ビット実行ファイル) を動かす場合 /mnt/boot/firmware/config.txt の先頭に arm_64bit=1 を加え、cp /mnt/usr/lib/linux-image-*-arm64/broadcom/bcm*rpi*.dtb /mnt/boot/firmware して下さい。

諸々の設定

SDカード上のルートファイルシステムが/mntにあるとして、以下のファイルを適切に設定します。ssh でリモートログインする場合 /mnt/root/.ssh/authorized_keys に適切な公開鍵を置くか、/mnt/etc/ssh/sshd_config を編集してパスワードによるrootログインを許可します。

/mnt/etc/hostname

raspi-bullseye  (好きなように)

/mnt/etc/fstab

LABEL=RASPIROOT / btrfs rw,async,lazytime,discard,compress-force=lzo 0 1
LABEL=RASPIFIRM /boot/firmware vfat rw,async,lazytime,discard 0 2
LABEL=RASPISWAP none swap sw,discard 0 0

/mnt/etc/resolv.conf

options inet6 edns0
nameserver 192.168.1.2

/mnt/etc/environment

http_proxy=http://192.168.1.2:3128/
https_proxy=http://192.168.1.2:3128/

ネットワーク設定

Network Manager を用いる場合

/mnt/etc/default/crda

REGDOMAIN=JP

上記以外の設定は、起動後に nmtui-edit で設定する

systemd-networkd を用いる場合

/mnt/etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant-wlan0.conf

country=JP

network={
  ssid="あなたの無線SSID"
  scan_ssid=1
  key_mgmt=WPA-PSK
  psk="あなたの無線パスフレーズ"
}

/mnt/etc/systemd/network/wlan.network

[Match]
Name=wlan0 # もし無線LANを使うなら。有線ならeth0とする

[Network]
DHCP=yes
NTP=ntp.nict.jp

systemctl enable wpa_supplicant@wlan0 systemd-networkd とします。

ifupdown の場合

/mnt/etc/default/crda

REGDOMAIN=JP

/mnt/etc/network/interfaces

# 以下を追加
auto wlan0
iface wlan0 inet dhcp
    wpa-ssid 無線のSSID
    wpa-psk 無線のパスフレーズ

ARMエミュレーターによる最後の仕上げ

1. chroot /mnt passwd root
2. chroot /mnt dpkg-reconfigure tzdata でタイムゾーンの設定をします
3. chroot /mnt dpkg-reconfigure locales でロケールの設定をします
4. chroot /mnt dpkg-reconfigure keyboard-configuration でキーボード配列を設定します。「Generic 105-key PC (intl.)」→「Japanese」と選びます。
5. chroot /mnt fake-hwclock save で時刻を保存します

SDカードのアンマウント

1. umount /mnt/boot/firmware
2. umount /mnt

以上で、SDカードを抜いてラズパイに挿して電源入れると自家製Debianが起動します。