組み込みとクラウドな話題

# Pi4bようやくUSB bootできました
  
## やってみた経緯

- boot loaderのUSB boot対応betaが登場0615版
- 早速書き換える
- Raspbian(debian 32bit)をSDカードからUSB SSDにコピーして試すもまったくbootせず
- しばらく放置
- Raspban (debian 64bit)版ならbootするかもと0820版のdebian 64bitをSDカードに入れて、USB SSDへコピー
- bootするけど途中で止まる
- しばらく放置
- SSDを接続しているUSBポートを3.0→2.0へ変更
- 晴れてUSB bootにてRaspbian(debian 64bit)が立ち上がる

```sh
pi@pi4b:~ $ uname -a
Linux pi4b 5.4.51-v8+ #1333 SMP PREEMPT Mon Aug 10 16:58:35 BST 2020 aarch64 GNU/Linux
pi@pi4b:~ $
```
```sh
pi@pi4b:~ $ df
ファイルシス   1K-ブロック    使用    使用可 使用% マウント位置
/dev/root        122286040 3663484 112367744    4% /
devtmpfs           1812560       0   1812560    0% /dev
tmpfs              1944176       0   1944176    0% /dev/shm
tmpfs              1944176    8680   1935496    1% /run
tmpfs                 5120       4      5116    1% /run/lock
tmpfs              1944176       0   1944176    0% /sys/fs/cgroup
/dev/sda1           258095   54604    203491   22% /boot
tmpfs               388832       0    388832    0% /run/user/1000
pi@pi4b:~ $ 
```
ちゃんと```/dev/sda1```が```/boot```としてマウントされています。

## USB bootできなかった推定原因

所有するSSD変換器はAmazonでお安いのを購入しました。

USBとSATA変換するデバイス情報は以下のとおりです。
  
```sh
Bus 001 Device 003: ID 152d:0578 JMicron Technology Corp. / JMicron USA Technology Corp. JMS567 SATA 6Gb/s bridge
```
この```JMicron```製というのが、USB3.0との相性がよくないようなblog記事を何件か見つけました。
本体Pi4bB側のUSB3.0コントローラーは、VIA Labs VL805というデバイスを使ってます。これがいけてないのかもしれません。
USB2.0で接続すると問題なくbootできます。
<div class="separator" style="clear: both;"><a href="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEi8Qb016hHJRe6h6n4TTMvn3CkcyZBl-19rKmYGF5Aq9jOI5Hwqfq3m_j49lrbPEb3je86PgCf8nJeD35hUxbndYYkxT-vIqAspHVMkhdc71qGnf_UR9FuYdPho-QG5ffJrMJaMJ1u_SPRm/s1174/rps20200913_082453.jpg" style="display: block; padding: 1em 0; text-align: center; "><img alt="" border="0" width="320" data-original-height="864" data-original-width="1174" src="https://blogger.googleusercontent.com/img/b/R29vZ2xl/AVvXsEi8Qb016hHJRe6h6n4TTMvn3CkcyZBl-19rKmYGF5Aq9jOI5Hwqfq3m_j49lrbPEb3je86PgCf8nJeD35hUxbndYYkxT-vIqAspHVMkhdc71qGnf_UR9FuYdPho-QG5ffJrMJaMJ1u_SPRm/s320/rps20200913_082453.jpg"/></a></div>
  
この辺までは調べられましたが、この先はわかりません。本体もOSもまだ出たばかりですので、追々改善されていくのでしょう。
引き続き関連情報をモニターしたいと思います。

## benchmarkしてみました

BYTE UNIX Benchmarks(Version 5.1.3)を用いて、pi4bのドライブの違いによる性能の違いを
計測してみました。詳細は、最下段の[付録](#付録benchmark結果)を参考に。
4coreなので、ベンチマークソフトを1つ動かした場合、4つ同時に動かした場合をそれぞれ計測してます。

結論としては、USB SSDとSD cardではほとんど同じ性能ということがこのbenchmarkでは
読み取れます。SSDとSD cardでfile読み書き性能結構変わるものと思い込んでましたが、ほとんど変わりなしでした。
USB SSDにすると停電時にSD cardが壊れる嫌な気分を気持ち和らげてくれる感じです。

## 今日のまとめ

Pi4bのUSB bootはdebian 64bitと128G SSDを使ってできるようになりました。
USB接続が2.0なので、3.0で接続できるように引き続き各種情報をモニターします。

bootしなかったdebian 32bitもbootするのか試してみます。

また、USB SSDとSD cardの違いをbenchmarkソフトで計測してみましたが、ほぼ同じということが
わかりました。USB接続を3.0にすると結果も変わってくるのかもしれません。

### 付録:benchmark結果
- pi4b+SSD(USB2.0)

```sh
  BYTE UNIX Benchmarks (Version 5.1.3)

System: pi4b: GNU/Linux
   OS: GNU/Linux -- 5.4.51-v8+ -- #1333 SMP PREEMPT Mon Aug 10 16:58:35 BST 2020
   Machine: aarch64 (unknown)
   Language: en_US.utf8 (charmap="UTF-8", collate="UTF-8")
   09:56:23 up  1:24,  1 user,  load average: 0.53, 0.33, 0.23; runlevel 2020-09
-11
------------------------------------------------------------------------
Benchmark Run: 日  9月 13 2020 09:56:23 - 10:24:09
4 CPUs in system; running 1 parallel copy of tests

Dhrystone 2 using register variables       15239185.0 lps   (10.0 s, 7 samples)
Double-Precision Whetstone                     2555.8 MWIPS (9.1 s, 7 samples)
Execl Throughput                               1900.6 lps   (30.0 s, 2 samples)
File Copy 1024 bufsize 2000 maxblocks        172290.1 KBps  (30.0 s, 2 samples)
File Copy 256 bufsize 500 maxblocks           50805.2 KBps  (30.0 s, 2 samples)
File Copy 4096 bufsize 8000 maxblocks        458473.8 KBps  (30.0 s, 2 samples)
Pipe Throughput                              269590.3 lps   (10.0 s, 7 samples)
Pipe-based Context Switching                  48653.6 lps   (10.0 s, 7 samples)
Process Creation                               2619.7 lps   (30.0 s, 2 samples)
Shell Scripts (1 concurrent)                   3683.4 lpm   (60.0 s, 2 samples)
Shell Scripts (8 concurrent)                   1047.1 lpm   (60.1 s, 2 samples)
System Call Overhead                         234452.2 lps   (10.0 s, 7 samples)

System Benchmarks Index Values               BASELINE       RESULT    INDEX
Dhrystone 2 using register variables         116700.0   15239185.0   1305.8
Double-Precision Whetstone                       55.0       2555.8    464.7
Execl Throughput                                 43.0       1900.6    442.0
File Copy 1024 bufsize 2000 maxblocks          3960.0     172290.1    435.1
File Copy 256 bufsize 500 maxblocks            1655.0      50805.2    307.0
File Copy 4096 bufsize 8000 maxblocks          5800.0     458473.8    790.5
Pipe Throughput                               12440.0     269590.3    216.7
Pipe-based Context Switching                   4000.0      48653.6    121.6
Process Creation                                126.0       2619.7    207.9
Shell Scripts (1 concurrent)                     42.4       3683.4    868.7
Shell Scripts (8 concurrent)                      6.0       1047.1   1745.1
System Call Overhead                          15000.0     234452.2    156.3
                                                                   ========
System Benchmarks Index Score                                         427.0

------------------------------------------------------------------------
Benchmark Run: 日  9月 13 2020 10:24:09 - 10:51:58
4 CPUs in system; running 4 parallel copies of tests

Dhrystone 2 using register variables       60787250.2 lps   (10.0 s, 7 samples)
Double-Precision Whetstone                    10188.8 MWIPS (9.2 s, 7 samples)
Execl Throughput                               5183.4 lps   (30.0 s, 2 samples)
File Copy 1024 bufsize 2000 maxblocks        289227.5 KBps  (30.0 s, 2 samples)
File Copy 256 bufsize 500 maxblocks           83853.1 KBps  (30.0 s, 2 samples)
File Copy 4096 bufsize 8000 maxblocks        691503.3 KBps  (30.0 s, 2 samples)
Pipe Throughput                             1080965.7 lps   (10.0 s, 7 samples)
Pipe-based Context Switching                 195136.2 lps   (10.0 s, 7 samples)
Process Creation                               7343.9 lps   (30.0 s, 2 samples)
Shell Scripts (1 concurrent)                   8238.5 lpm   (60.0 s, 2 samples)
Shell Scripts (8 concurrent)                   1116.4 lpm   (60.1 s, 2 samples)
System Call Overhead                         913160.3 lps   (10.0 s, 7 samples)

System Benchmarks Index Values               BASELINE       RESULT    INDEX
Dhrystone 2 using register variables         116700.0   60787250.2   5208.8
Double-Precision Whetstone                       55.0      10188.8   1852.5
Execl Throughput                                 43.0       5183.4   1205.5
File Copy 1024 bufsize 2000 maxblocks          3960.0     289227.5    730.4
File Copy 256 bufsize 500 maxblocks            1655.0      83853.1    506.7
File Copy 4096 bufsize 8000 maxblocks          5800.0     691503.3   1192.2
Pipe Throughput                               12440.0    1080965.7    868.9
Pipe-based Context Switching                   4000.0     195136.2    487.8
Process Creation                                126.0       7343.9    582.8
Shell Scripts (1 concurrent)                     42.4       8238.5   1943.0
Shell Scripts (8 concurrent)                      6.0       1116.4   1860.6
System Call Overhead                          15000.0     913160.3    608.8
                                                                   ========
System Benchmarks Index Score                                        1089.3
```
- pi4b+SD card

```sh
========================================================================
   BYTE UNIX Benchmarks (Version 5.1.3)

------------------------------------------------------------------------
Benchmark Run: 日  9月 13 2020 11:14:34 - 11:42:23
4 CPUs in system; running 1 parallel copy of tests

Dhrystone 2 using register variables       15357285.6 lps   (10.0 s, 7 samples)
Double-Precision Whetstone                     2555.2 MWIPS (9.2 s, 7 samples)
Execl Throughput                               1908.4 lps   (30.0 s, 2 samples)
File Copy 1024 bufsize 2000 maxblocks        166518.8 KBps  (30.0 s, 2 samples)
File Copy 256 bufsize 500 maxblocks           50280.5 KBps  (30.0 s, 2 samples)
File Copy 4096 bufsize 8000 maxblocks        459509.8 KBps  (30.0 s, 2 samples)
Pipe Throughput                              270565.0 lps   (10.0 s, 7 samples)
Pipe-based Context Switching                  49218.3 lps   (10.0 s, 7 samples)
Process Creation                               2603.1 lps   (30.0 s, 2 samples)
Shell Scripts (1 concurrent)                   3701.2 lpm   (60.0 s, 2 samples)
Shell Scripts (8 concurrent)                   1051.7 lpm   (60.0 s, 2 samples)
System Call Overhead                         234652.2 lps   (10.0 s, 7 samples)

System Benchmarks Index Values               BASELINE       RESULT    INDEX
Dhrystone 2 using register variables         116700.0   15357285.6   1316.0
Double-Precision Whetstone                       55.0       2555.2    464.6
Execl Throughput                                 43.0       1908.4    443.8
File Copy 1024 bufsize 2000 maxblocks          3960.0     166518.8    420.5
File Copy 256 bufsize 500 maxblocks            1655.0      50280.5    303.8
File Copy 4096 bufsize 8000 maxblocks          5800.0     459509.8    792.3
Pipe Throughput                               12440.0     270565.0    217.5
Pipe-based Context Switching                   4000.0      49218.3    123.0
Process Creation                                126.0       2603.1    206.6
Shell Scripts (1 concurrent)                     42.4       3701.2    872.9
Shell Scripts (8 concurrent)                      6.0       1051.7   1752.8
System Call Overhead                          15000.0     234652.2    156.4
                                                                   ========
System Benchmarks Index Score                                         426.6

------------------------------------------------------------------------
Benchmark Run: 日  9月 13 2020 11:42:23 - 12:10:15
4 CPUs in system; running 4 parallel copies of tests

Dhrystone 2 using register variables       60843853.5 lps   (10.0 s, 7 samples)
Double-Precision Whetstone                    10223.1 MWIPS (9.1 s, 7 samples)
Execl Throughput                               5268.3 lps   (30.0 s, 2 samples)
File Copy 1024 bufsize 2000 maxblocks        291602.7 KBps  (30.0 s, 2 samples)
File Copy 256 bufsize 500 maxblocks           83757.9 KBps  (30.0 s, 2 samples)
File Copy 4096 bufsize 8000 maxblocks        710762.8 KBps  (30.0 s, 2 samples)
Pipe Throughput                             1080013.0 lps   (10.0 s, 7 samples)
Pipe-based Context Switching                 197051.5 lps   (10.0 s, 7 samples)
Process Creation                               7378.1 lps   (30.0 s, 2 samples)
Shell Scripts (1 concurrent)                   8306.9 lpm   (60.0 s, 2 samples)
Shell Scripts (8 concurrent)                   1122.4 lpm   (60.1 s, 2 samples)
System Call Overhead                         910862.1 lps   (10.0 s, 7 samples)

System Benchmarks Index Values               BASELINE       RESULT    INDEX
Dhrystone 2 using register variables         116700.0   60843853.5   5213.7
Double-Precision Whetstone                       55.0      10223.1   1858.8
Execl Throughput                                 43.0       5268.3   1225.2
File Copy 1024 bufsize 2000 maxblocks          3960.0     291602.7    736.4
File Copy 256 bufsize 500 maxblocks            1655.0      83757.9    506.1
File Copy 4096 bufsize 8000 maxblocks          5800.0     710762.8   1225.5
Pipe Throughput                               12440.0    1080013.0    868.2
Pipe-based Context Switching                   4000.0     197051.5    492.6
Process Creation                                126.0       7378.1    585.6
Shell Scripts (1 concurrent)                     42.4       8306.9   1959.2
Shell Scripts (8 concurrent)                      6.0       1122.4   1870.6
System Call Overhead                          15000.0     910862.1    607.2
                                                                   ========
System Benchmarks Index Score                                        1096.5
```

16 件のコメント:

mars999mini2020年9月22日 15:05
USB3でBootできないとのことですが、SDカードで起動した場合、USB3に接続したSSDはOSで認識されますか？
返信削除
返信
mars999mini2020年9月22日 17:36
128GBとか、容量も認識しているようですね。

こちらのboot時のログです。
[ 1.869959] usb 2-2: new SuperSpeed Gen 1 USB device number 2 using xhci_hcd
[ 1.901095] usb 2-2: New USB device found, idVendor=0411, idProduct=02ea, bcdDevice= 1.00
[ 1.901112] usb 2-2: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=3
[ 1.901126] usb 2-2: Product: SSD-PGM/N
[ 1.901140] usb 2-2: Manufacturer: BUFFALO
[ 1.901154] usb 2-2: SerialNumber: 0040537200401668
[ 1.919385] scsi host0: uas
[ 1.920490] scsi 0:0:0:0: Direct-Access BUFFALO SSD-PGM/N 0000 PQ: 0 ANSI: 6
[ 1.922679] sd 0:0:0:0: [sda] 468862128 512-byte logical blocks: (240 GB/224 GiB)
[ 1.922697] sd 0:0:0:0: [sda] 4096-byte physical blocks
[ 1.922878] sd 0:0:0:0: [sda] Write Protect is off
[ 1.922895] sd 0:0:0:0: [sda] Mode Sense: 53 00 10 08
[ 1.923232] sd 0:0:0:0: [sda] Write cache: enabled, read cache: enabled, supports DPO and FUA
[ 1.933434] sd 0:0:0:0: [sda] Optimal transfer size 33553920 bytes not a multiple of physical block size (4096 bytes)
[ 1.936352] sda: sda1 sda2
[ 1.939488] sd 0:0:0:0: [sda] Attached SCSI disk
[ 1.944334] EXT4-fs (sda2): INFO: recovery required on readonly filesystem
[ 1.944348] EXT4-fs (sda2): write access will be enabled during recovery
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kaji2020年9月22日 18:59
認識している感じなのですが、tag#あたりが何らかのエラーコードと思います。引き続き探求した方がいいのか、別のSSD変換器をポチったほうが早いのかですね。
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mars999mini2020年9月22日 21:43
USB2と３では、速度がかなり違うので、交換した方が良いかもしれませんね。とりあえず、uasを無効化（？）する、次を試してみては？

/boot/cmdline.txtに次を加えてみてはいかがでしょうか。（152dと0578はkajiのログから）
usb-storage.quirks=152d:0578:u

こちらの記事を参考にしています。
https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?f=28&t=245931

Run a text editor as root - sudo nano /boot/cmdline.txt from the console or sudo leafpad /boot/cmdline.txt from the desktop.
At the start of the line of parameters, add the text usb-storage.quirks=aaaa:bbbb:u where aaaa is the idVendor for your device and bbbb is the idProduct. So, with the device above the string will be usb-storage.quirks=2109:0715:u.

参照したkajiのログ
[ 1491.246481] usb 2-1: New USB device found, idVendor=152d, idProduct=0578, bcdDevice= 1.00

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mars999mini2020年9月23日 8:46
他に、思いつきそうな件は。pi4のfirmware

こちらのは、ちょっと古いかもしれませんが、こんな感じ；

$ vcgencmd bootloader_version
Aug 31 2020 10:07:44
version 5c41dcec664690fa692969e860623543a868c55d (release)
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kaji2020年9月23日 19:40
bootloaderは、これでした。
pi@pi4b:~ $ vcgencmd version
Sep 2 2020 21:13:13
Copyright (c) 2012 Broadcom
version 4439d2aaa6c376a2d1ef4402f142e1cf4de37c43 (clean) (release) (start)
pi@pi4b:~ $
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mars999mini2020年9月23日 20:13
最新のようですね！　こちらは現在32bit版のOSなので、64bit版のテストを兼ねて、テストしてみます。ちなみに、インストールしたOSのダウンロード先は、どちらですか？
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mars999mini2020年9月23日 21:03
了解です。SSDの予備はないので、普通のHDDをUSBポートへ接続して試してみます。
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mars999mini2020年9月23日 23:58
USB Bootで64bit OSの起動を確認できました。
＄uname -a
Linux pi4 5.4.51-v8+ #1333 SMP PREEMPT Mon Aug 10 16:58:35 BST 2020 aarch64 GNU/Linux
root@pi4:/home/pi# cat /etc/os-release
PRETTY_NAME="Debian GNU/Linux 10 (buster)"
NAME="Debian GNU/Linux"
VERSION_ID="10"
VERSION="10 (buster)"
VERSION_CODENAME=buster
ID=debian
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