Netzwerk-Firmware für Raspberry CM4/CM5 — Technischer Leitfaden

## Netzwerk-Massenflashen von Industriecomputern auf Basis von Raspberry CM4/CM5: Technische Umsetzung

Der Firmware-Update-Prozess für AntexGate-Industriecomputer auf Basis von Raspberry CM4/CM5 erfolgt traditionell über manuelle USB-Verbindungen, was die Bereitstellungszeit verlängert und das Risiko von Schäden durch Statik erhöht. Wir stellen eine technische Lösung für das Massenflashen über das Netzwerk vor, die bis zu 50 Geräte gleichzeitig über eine Weboberfläche mit Prüfsummenverifikation verarbeiten kann.

Probleme beim manuellen Flashen und Anforderungen an eine Industriesolution

Das Standard-Flash-Verfahren mit USB-Kabel und Win32Imager erfüllt nicht die Anforderungen der industriellen Fertigung. Bei der Arbeit mit freiliegenden CM4/CM5-Boards treten folgende Probleme auf:

• Risiko der Beschädigung von eMMC-Chips durch Statik
• Begrenzte Flash-Geschwindigkeit (bis zu 15 Minuten pro Gerät)
• Keine automatische Image-Verifikation
• Keine Parallelverarbeitung

Wichtige Systemanforderungen:

• Unterstützung des TFTP-Netzwerkprotokolls für die Image-Übertragung
• Integration mit einem DHCP-Server für dynamische IP-Vergabe
• Automatische SHA-256-Prüfsummenverifikation
• Unterstützung komprimierter Images im .img.xz-Format

Architektur der Netzwerklösung

Das CM Provisioner-System basiert auf einem modifizierten Raspberry Pi OS Lite mit vorinstallierter Software. Wichtigste Komponenten:

• Serverknoten: AntexGate mit CM4/CM5, angeschlossen an einen 1GbE-Switch
• Client-Geräte: AntexGate-Industriecomputer im Netzboot-Modus
• Weboberfläche: Umgesetzt über Nginx mit Basic-HTTP-Authentifizierung
• Dienste: dnsmasq (DHCP/TFTP), eigener Provisioning-Daemon

Wichtig: Separate VLANs für:

• Management-Schnittstelle (10/100 Mb)
• Flash-Traffic (1GbE)

Image-Vorbereitung: Vom Snapshot zur Optimierung

Eine qualitativ hochwertige Image-Vorbereitung ist entscheidend für die Flash-Geschwindigkeit. Empfohlene Abfolge:

• Erstellen des Quellimages über rpiboot mit aktiviertem Massenspeicher-Modus
• Anwenden von PiShrink zur Kürzung ungenutzter Bereiche
• Komprimieren mit 7-Zip und XZ-Algorithmus (5-6-fache Kompressionsrate)
• Erstellen der SHA-256-Prüfsumme

# Beispiel-Kompressionsskript
xz -9 -v --check=sha256 source.img -o compressed.img.xz
sha256sum compressed.img.xz > checksum.sha256

Hinweis: Images für Astra Linux oder QNX erfordern zusätzliche Partitionenanpassung. Bei Übertragung auf kleinere Medien die Root-Partitiongröße mit resize2fs anpassen.

Automatisierung über eigene Skripte

Das System unterstützt das Ausführen von Post-Install-Skripten über den Abschnitt Scripts in der Weboberfläche. Beispielskript zum Aktivieren von SSH und Erstellen eines Benutzers:

#!/bin/sh
mkdir -p /mnt/boot
mount -t vfat $PART1 /mnt/boot
touch /mnt/boot/ssh
echo 'pi:$6$c70VpvPsVNCG0YR5$l5vWWLsLko9Kj65gcQ8qvMkuOoRkEagI90qi3F/Y7rm8eNYZHW8CY6BOIKwMH7a3YYzZYL90zf304cAHLFaZE0' > /mnt/boot/userconf.txt
umount /mnt/boot

Umsetzungsmerkmale:

• Umgebungsvariablen $PART1/$PART2 verweisen auf die Partitionen
• Skripte werden vor dem ersten Systemstart ausgeführt
• Unterstützung mehrzeiliger Befehle über Heredoc
• Protokollierung in /var/log/provisioner/

Praxiseinsatz: Von der Verbindung bis zur Verifikation

Typische Verbindungsaufstellung:

• Server: 1GbE-LAN-Port → Switch
• Clients: Switch-1GbE-Ports
• Management-Gerät: Server-10/100Mb-Port

Nach dem Laden des Images in den Abschnitt Images:

• Projekt erstellen mit Angabe von:

- Image-Quelle

- Liste der Skripte

- Verifikationsflag

• Projekt über Set Active aktivieren
• Client-Geräte einschalten

Das System übernimmt automatisch:

• IP-Vergabe über DHCP
• Laden des Kernels über TFTP
• Entpacken des Images auf eMMC
• Prüfsummenverifikation

Der Abschnitt CMs zeigt MAC-Adressen und Seriennummern der erkannten Module an. Flash-Protokolle enthalten Feindetails wie Prüfsummenfehler und Übertragungszeitüberschreitungen.

Wichtige Hinweise

• Hardwareanforderungen: Ein 1GbE-Switch ist zwingend erforderlich – 100Mb-Ports reduzieren die Flash-Geschwindigkeit um das 8-10-Fache
• Image-Optimierung: XZ-Kompression ist entscheidend für die Übertragungsgeschwindigkeit – ein unkomprimiertes 8GB-Image dauert über 35 Minuten
• Verifikation: Prüfsummenprüfungen immer aktivieren – 92 % der Fehler zeigen sich als defekte Sektoren nach 2-3 Wochen
• Skripte: Skripte vor Masseneinsatz an einem einzelnen Gerät testen
• Skalierung: Bei Chargen >30 Geräten NVMe-Laufwerk am Server einsetzen – erhöht Schreibgeschwindigkeit um das 2,3-Fache

Bei bereits geflashten Geräten ist kein Gehäuseabbau nötig. Boot-Partition über SSH löschen und in Netzboot-Modus neu starten. Das System erkennt fehlenden Bootloader automatisch und startet das Flashen.

Technische Einschränkungen:

• Unterstützung nur für eMMC und NVMe (SD-Karten nicht unterstützt)
• Maximale Image-Größe: 32 GB
• Server benötigt statische IP-Adresse (DHCP nicht unterstützt)

— Editorial Team