如何安裝 Ubuntu Generic ISO 到 Raspberry Pi 3 上

先強調一下 Pi4 的 BootLoader 不一樣，不適用本教學

啟用隨身碟開機

官方說明：https://www.raspberrypi.org/documentation/hardware/raspberrypi/bootmodes/msd.md

我們要用的工具是 vcgencmd，Raspbian 預設就有安裝，如果你使用 Ubuntu，請自己補裝一下

sudo add-apt-repository ppa:ubuntu-raspi2/ppa
sudo apt update
sudo apt install libraspberrypi-bin

檢查一下是否已經啟用了，如果已經啟用了，應該會顯示 3020000a

ubuntu@ubuntu:~$ vcgencmd otp_dump | grep 17
17:3020000a

要更改設定的話，請編輯 /boot/config.txt，在最後一行加入 program_usb_boot_mode=1

注：這麼最會修改 OTP 記憶體，因為其特性，一經修改變無法回覆

echo program_usb_boot_mode=1 | sudo tee -a /boot/config.txt

Ps. 這一步建議使用 Raspbian 完成，其他 OS 的掛載方式可能不同。建議直接在電腦上編輯隨身碟第一個分割區裡面的 config.txt。

製作安裝隨身碟

首先準備一個隨身碟，容量大約 2 GB 左右就可，要注意分割表必須要是 msdos（也叫做 MBR）

然後切一個分割區：

• 必須是 fat32，標籤設為 installer，直接把 SD 卡的空間用完就好

確定一下剛才的分割區都已經確實掛載（應該會在關閉 GParted 之後自動掛載，如果沒有的話請重新插入一次隨身碟）：

~ » ls /media/$(whoami)
INSTALLER

下載樹梅派基金會提供的 BootLoader 檔案

wget https://archive.raspberrypi.org/debian/pool/main/r/raspberrypi-firmware/raspberrypi-bootloader_1.20200114-1_armhf.deb
dpkg-deb -x raspberrypi-bootloader_1.20200114-1_armhf.deb /tmp/pi-bootloader
rm raspberrypi-bootloader_1.20200114-1_armhf.deb
sudo cp -r /tmp/pi-bootloader/boot/* /media/play_pc/INSTALLER

接下來要編譯新版的 u-boot

sudo apt install build-essential bison flex git make gcc gcc-aarch64-linux-gnu
git clone --progress http://git.denx.de/u-boot.git
cd u-boot
make rpi_3_defconfig
make CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
sudo cp u-boot.bin /media/play_pc/INSTALLER/kernel8.img
cd ..

設定使用 64bit 模式

echo 'arm_64bit=1' | sudo tee -a /media/play_pc/INSTALLER/config.txt
echo 'kernel=kernel8.img' | sudo tee -a /media/play_pc/INSTALLER/config.txt

複製 Device Tree

wget http://ports.ubuntu.com/dists/bionic/main/installer-arm64/current/images/device-tree/bcm2837-rpi-3-b.dtb
sudo mkdir -p /media/play_pc/INSTALLER/dtb/broadcom/
sudo cp bcm2837-rpi-3-b.dtb /media/play_pc/INSTALLER/dtb/broadcom

下載 Ubuntu 安裝映像檔，並複製安裝映像檔到隨身碟 Ps. 這個步驟可能會看到無法建立連結檔的訊息，不會影響之後的使用，可以忽略

wget http://cdimage.ubuntu.com/releases/18.04/release/ubuntu-18.04.3-server-arm64.iso
mkdir /tmp/arm64-iso
sudo mount -o loop ubuntu-18.04.3-server-arm64.iso /tmp/arm64-iso
sudo cp -rT /tmp/arm64-iso /media/play_pc/INSTALLER
sync

我們還需要手動複製 efi 的檔案到隨身碟

mkdir /tmp/efi-img
sudo mount -o loop /tmp/arm64-iso/boot/grub/efi.img /tmp/efi-img
sudo cp -rT /tmp/efi-img /media/play_pc/INSTALLER

確保所有檔案都寫入到隨身碟之後，解除掛載（umount）

sync
sudo umount /tmp/efi-img
sudo umount /tmp/arm64-iso

開機

把剛才製作完成的安裝隨身碟插入 Raspberry Pi，並確認記憶卡已經清空（或格式化）就可以插入電源，準備開機了！（Ps. 有指示燈的隨身碟會比較好用）

▲ 若是你的隨身碟不被 u-boot 支援，可能會出現這樣的訊息：0 Storage Device(s) found 這時候請直接換一隻隨身碟，然後把檔案全部複製過去

▲ 然後指示燈這時候會暗掉，變成沒有通電的狀態（Ps. 圖中是 pqi U176L）

▲ 如果在 Hit any key to stop autostart 倒數完之前按任意鍵的話就可以進入 u-boot shell，這時候可以試試 usb tree 之類的指令，列出所有的 USB 裝置

▲ 若是成功的話，應該會顯示偵測到儲存裝置，並且從裡面的 efi 資料夾尋找 EFI 執行檔（本例是 GRUB2）

▲ 鏘鏘！成功載入 GRUB 了喔！

接下來請使用方向鍵上下移動，選擇 Install Ubuntu Server 並按下 <kbd>e</kbd> 編輯開機選項，調整預設的分割區設定，使用 MBR/msdos。使用 Kernel Parameter 的方式，把這個參數傳遞給安裝工具。

partman-partitioning/default_label=msdos

▲ 改完之後大概像這樣，完成之後，按下 <kbd>Ctrl</kbd>+<kbd>x</kbd> 開機

安裝

▲ 安裝過程請依自己的需求設定

▲ 然後你應該會看到這個錯誤訊息，先按 Continue 跳過不管它

▲ 繼續按 Continue 跳過不管它

▲ 選擇 Continue without boot loader 跳過 GRUB 安裝，這個我們晚一點再來處理

▲ 提醒你 GRUB 沒有裝，還有開機時的 Kernel 參數

▲ 安裝精靈完成！

設定 GRUB 開機

因為安裝 GRUB 的步驟被跳過了，剛才安裝完的系統是沒辦法開機的，接下來我們要手動設定 GRUB

▲ 請不要移除你的安裝隨身碟

▲ 重新開機之後就會進入 GRUB 的指令界面，使用以下的指令開機

# 列出裝置
ls

# 選擇根目錄 (OS 在的檔案系統)
#    hd0 是隨身碟，因為只有一個分割區
#    剛才在 Kernel 參數的地方有提示 root 在 mmcblk0p5（第五個分割區）
set root=(hd1,msdos5)

# 確認一下根目錄有哪些東西
ls /

# 設定 Kernel 路徑，和 Kernel 參數
linux /boot/vmlinuz root=/dev/mmcblk0p5 ro

# 設定 initrd 路徑
initrd /boot/initrd.img

# 開機
boot

▲ 然後應該就能登入了

▲ 安裝 GRUB，請參考以下指令

# 使用 --no-nvram 模式安裝 GRUB
sudo grub-install --no-nvram

# 套用預設的 GRUB 選項
sudo update-grub

# 關機
sudo poweroff

▲ 使用 GParted 編輯記憶卡，對第一個分割區按右鍵，選擇 管理旗標

▲ 取消選取 esp 標籤，按下 關閉

▲ 記得從安裝隨身碟把 BootLoader 複製進記憶卡的第一個分割區

最後，進入系統之後記得移除 flash-kernel 套件，他是用來管理 Raspberry Pi 專用映像檔的 boot 分割區的工具

# 移除 flash-kernel
sudo apt remove flash-kernel

# 避免更新時自動安裝
sudo apt-mark hold flash-kernel

收工！！

原理解釋

首先是為什麼沒辦法用官方的 iso 檔來開機的原因。這是因為一般完整的主機，都是使用 BIOS 或 UEFI 來完成開機時初始化的工作，這麼做有一個好處，就是可以讓作業系統跟硬體之間多一些相容性。試想，如果每種主流硬體都需要客製化一組 OS 設定，那可能會像 Android 手機一樣永遠不能更新最新版（注：Android 不能更新是因為其他原因）… Anyway，BIOS 和 UEFI 雖然作法不盡相同，但都提供一個通用的界面，讓 OS 可以更加容易的找到所需的資源。

• BIOS – 中斷向量表（Interrupt Vector Table）
• UEFI – EFI driver

但是，在嵌入式系統的環境下，這種奢侈的功能經常是不存在的… 好在，目前常見的作法是先用 SoC 提供的方式開機，然後再交給 u-boot 來負責接下來的開機流程。

好消息是，在大約 2017 年的時候，一組 SUSE 的開發者提出了一個新的實做，可以讓 u-boot 模擬 EFI 的功能。

也就是說，如果你手上的硬體有被 Linux 支援的話，透過這個新功能，是可以直接安裝一般的 Linux 的。於是我們手上的 Raspberry Pi 就這麼得到了 Ubuntu Server 版的支援了（灑花）

參考資料

• 即將換掉傳統 BIOS 的 UEFI，你懂了嗎？（系列） | T客邦
• ARM/RaspberryPi – Ubuntu Wiki
• USB mass storage boot – Raspberry Pi Documentation
• Boot options in config.txt – Raspberry Pi Documentation