Den Raspberry Pi 3 im 64-Bit-Modus betreiben

Die Karte ausspielen

Die Installation von Kernel, Modulen und Device Tree gestaltet sich etwas komplizierter. Als Grundlage dient uns eine mit dem "Xylnao"-System [4] präparierte Micro-SD-Karte, die wir in den Entwicklungsrechner stecken. Das dort laufende Ubuntu hängt die beiden Partitionen der Karte (Boot und Root) automatisch unterhalb von /media/User/ ein, wie die Ausgabe des Kommandos lsblk in Abbildung 4 zeigt.

Abbildung 4: Hier hat Ubuntu die Micro-SD-Karte eingehängt. Der cp-Befehl kopiert lediglich den selbst übersetzten Kernel als Datei Image auf die Boot-Partition. Dann kann man die Boot- und Root-Partitionen wieder aushängen.

Zum Einspielen des eigenen Kernels bieten sich zwei Möglichkeiten an: die Variante für Ungeduldige und die professionelle Spielart. Ungeduldige kopieren lediglich den selbst kompilierten Kernel arch/arm64/boot/Image auf die Boot-Partition (Abbildung 4). Das auf der Boot-Partition befindliche U-Boot-Skript erwartet ihn dort unter diesem Namen, sodass man sich ein Ändern der Konfiguration spart. Wollen Sie auf Nummer sicher gehen, retten Sie den auf der SD-Karte unter gleichem Namen liegenden 64-Bit-Kernel, bevor Sie ihn mit dem eigenen Kernel überschreiben.

Für einen ersten Test eignet sich der auf der SD-Karte ebenfalls schon vorhandene Device Tree. Sie hängen also die Karte direkt nach dem Kopieren des Kernels aus und stecken sie in den Raspberry Pi. Mit Strom versorgt, sollte dieser nun den selbst generierten Kernel booten.

Profis konfigurieren U-Boot

Die professionelle Installation sieht vor, den Kernel unter einem eigenen Namen auf die Micro-SD-Karte zu kopieren, den richtigen Device Tree zu verwenden und vor allem die Kernel-Module auf die Root-Partition zu platzieren. Die neuen Namen für Kernel und Device Tree erzwingen allerdings ein Anpassen der Bootloader-Konfiguration von U-Boot [6].

Listing 3 zeigt das entsprechende U-Boot-Skript boot.txt dafür, das mithilfe des Programms Mkimage aus dem Paket u-boot-utils einen U-Boot-Header erhält (Listing 4). Haben Sie alles so weit vorbereitet, hängen Sie die beiden Partitionen wieder aus und halten nun ein voll funktionsfähiges System in der Hand.

Der U-Boot-Bootloader lässt sich übrigens ähnlich leicht als 64-Bit-Variante generieren wie der Kernel. Dazu holen Sie per Git den Quellcode auf die heimische Maschine, setzen die Generierungsvariablen ARCH und CROSS_COMPILE, konfigurieren U-Boot für den Raspberry Pi 3 und lassen das Boot schließlich per Make vom Stapel.

Listing 3

 

fatload mmc 0:1 ${fdt_addr_r} bcm2710-rpi-3-b.dtb
fatload mmc 0:1 ${kernel_addr_r} Image.4.8
setenv bootargs console=ttyS0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 rootwait rw
booti ${kernel_addr_r} - ${fdt_addr_r}

Listing 4

 

$ sudo su
# cd /usr/src/arm/linux
// Kernel und Device Tree installieren
# cp arch/arm64/boot/Image /media/quade/A828-120E/Image.4.8
# cp arch/arm64/boot/dts/broadcom/bcm2710-rpi-3-b.dtb /media/quade/A828-120E/
// Kernel-Module installieren
# make CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- ARCH=arm64 \
  INSTALL_MOD_PATH=/media/quade/efcb352e-67ea-4eea-9ba4-205be4000670/ \
  modules_install
// U-Boot-Skript anlegen
# cd /media/quade/A828-120E
# vim boot.txt
//Bootloader-Skript generieren
# apt-get install u-boot-tools
# mkimage -A arm64 -O linux -T script -C none -d boot.txt boot.scr.uimg

Nach dem Generieren findet sich im Quellcodeverzeichnis des Bootloaders unter anderem die Datei u-boot.bin, die das fertige 64-Bit-Executable darstellt. Zur Installation kopieren Sie die Datei auf die Boot-Partition der Micro-SD-Karte (siehe Tabelle "Startdateien auf der Boot-Partition"). Außerdem müssen Sie die Datei config.txt anpassen (Listing 5), die in der vorhandenen Version u-boot-stubbed.bin lädt. Die Kommandos dazu führt Listing 6 auf.

Wer seinen Raspberry Pi dauerhaft mit dem 64 Bit laufen lassen will, muss sich Gedanken machen, wie er den ab und zu anfallenden Kernel-Patches Geltung verschafft. Steht die hier beschriebene Build-Chain, geht das zum Glück einigermaßen simpel, indem der Raspi-Besitzer bei einem anstehenden Update das erwähnte Repository mit git pull anzapft und den Kernel neu crosskompiliert.

Startdateien auf der Boot-Partition

Datei

Bedeutung

bootcode.bin

Original-Raspberry-Bootloader

config.txt

siehe Listing 5

bcm2710-rpi-3-b.dtb

Device Tree

Image

64-Bit-Kernel 4.5

Image.4.8

64-Bit-Kernel 4.8

boot.scr.uimg

Bootloader-Skript zum Laden von Kernel und Device Tree

uboot.bin

64-Bit-Bootloader

Listing 5

 

# config.txt
enable_uart=1
# CPU in den 64-Bit-Modus schalten:
arm_control=0x200
kernel_old=1
#kernel=uboot-stubbed.bin
# Selbst generierter Bootloader:
kernel=u-boot.bin
disable_commandline_tags=1
# set display Mode to 1920x1080
#hdmi_group=2
#hdmi_mode=82

Listing 6

 

# export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# export ARCH=arm64
# git clone git://git.denx.de/u-boot.git
# cd u-boot
# make rpi_3_defconfig
# make
# cp u-boot.bin /media/quade/A828-120E/
# vi /media/quade/A828-120E/config.txt
[... siehe Listing 5 ...]

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