Raspberry Pi 3 でSDカードなしのネットワークブートをする

前回の記事で，bootcode.binというファイル一つあれば全モデルのRaspberry Piでネットワークブートできることを紹介しました．

しかし，実はRaspberry Pi 3 ではSDカードがなくてもネットワークブートできます．bootcode.binの同機能がRaspberry Pi 3 のboot ROMに搭載されているためです¹．今回はこの手順を紹介します．

本記事は以下のページから情報を抜粋してるだけのただのメモです．

• https://www.raspberrypi.org/documentation/hardware/raspberrypi/bootmodes/net.md
• https://www.raspberrypi.org/documentation/hardware/raspberrypi/bootmodes/net_tutorial.md

手順

ネットワークブート機能を有効にする

boot ROMのネットワークブート機能はデフォルトで無効にされているため，有効にします．Raspberry PiにはOTP (One Time Programmable) メモリがあり，これを書き換えます．

機能を有効にするためにはSDカードが必要です．SDカードをマウントし，そのディレクトリで以下のコマンドを実行してください:

$ wget https://github.com/raspberrypi/firmware/raw/master/boot/bootcode.bin
$ wget https://github.com/raspberrypi/firmware/raw/master/boot/start.elf
$ wget https://github.com/raspberrypi/firmware/raw/master/boot/fixup.dat
$ echo 'program_usb_boot_mode=1' >config.txt    # 上書きしてるので注意！

ここでSDカードをアンマウントし，Raspberry Pi 3に差し込みます．このRaspberry Pi 3に電源を入れて数秒待つと，OTPメモリが書き換えられ，boot ROMのネットワークブート機能が有効になります．これが終わったらSDカードは抜いておきます．

サーバ側の設定

Raspberry PiのネットワークブートはPXEブートと同じなので，DHCPサーバとTFTPサーバが必要です．今回は元記事に合わせてDnsmasqを使います．
また，NFS rootをします．

詳しくは元記事を見てください．

NFS

NFSサーバ系のパッケージ (曖昧) をインストールして，/etc/exportsを以下のようにして exportfs -rav を実行．

/etc/exports

/srv/nfs 10.11.12.0/24(rw,async,no_root_squash,no_subtree_check)

/srv/nfsとかに既存のRaspbianイメージ (第2パーティション) を展開します．イメージは http://downloads.raspberrypi.org/raspbian_lite/images/ に転がってます．マウント方法とかは https://linuxconfig.org/how-to-mount-rasberry-pi-filesystem-image などを参考にしてください．

Dnsmasq

設定は下のような感じ．

/etc/dnsmasq.conf

port=0
log-dhcp
enable-tftp
tftp-root=/srv/tftp
dhcp-range=10.11.12.100,proxy
pxe-service=0,"Raspberry Pi Boot"

/srv/tftpにはRaspbianでいうところの/bootにあるファイルを全て置きます．上記で説明したRaspbianイメージ (の第1パーティション) から持ってきてください．cmdline.txtに関しては以下のようなことを追記してください．${}で囲まれたところは適宜変更してください．

cmdline.txt

root=/dev/nfs nfsroot=${NFSサーバのIPアドレス}:/srv/nfs rw ip=auto nfsrootdebug rootwait

起動

Raspberry Pi 3に電源を接続してしばらく待てば起動すると思う……
うまく起動しないときはブロードキャストアドレスにpingし続けたり，/var/log/daemon.log でサーバのログを見たり，ディスプレイを接続して起動ログを見たりしてみてください．
それでも無理ならコメントください．

まとめ

Raspberry Pi 3はSDカードさえなくてもネットワークブートができます．便利ですね．
私のユースケースだと，config.txtは条件分岐ができるんですが，これとネットワークブートと組み合わせることでOSの切り替えが非常に楽になりました．

ちなみに今回のOTPメモリの書き換えで，USBメモリからの起動もできるようになりました．興味のある方は試してみてください．

1. ただし，ARPパケットが飛び交うネットワークでないと正しく起動しないなど，いくつかのバグがあります． ↩