适用于 Raspberry CM4/CM5 的网络固件 — 技术指南

基于 Raspberry CM4/CM5 的工业计算机网络批量刷写：技术实现

基于 Raspberry CM4/CM5 的 AntexGate 工业计算机的固件更新过程传统上需要手动连接 USB，这会增加部署时间并有静电损坏组件的风险。我们提供了一种网络批量刷写的技术解决方案，可通过 Web 界面同时处理多达 50 台设备，并支持校验和验证。

手动刷写的痛点与工业解决方案的需求

使用 USB 线缆和 Win32Imager 的标准刷写流程无法满足工业生产需求。在处理裸露的 CM4/CM5 板卡时，会出现以下问题：

• 静电损坏 eMMC 芯片的风险
• 刷写速度受限（每台设备最长 15 分钟）
• 缺少自动镜像验证
• 无法并行处理

关键系统需求：

• 支持 TFTP 网络协议传输镜像
• 与 DHCP 服务器集成，实现动态 IP 分配
• 自动 SHA-256 校验和验证
• 支持 .img.xz 格式的压缩镜像

网络解决方案的架构

CM Provisioner 系统基于修改过的 Raspberry Pi OS Lite，并预装软件。主要组件：

• 服务器节点：配备 CM4/CM5 的 AntexGate，连接到 1GbE 交换机
• 客户端设备：处于网络启动模式的 AntexGate 工业计算机
• Web 界面：通过 Nginx 实现，带有基本 HTTP 认证
• 服务：dnsmasq（DHCP/TFTP）、自定义 provisioning 守护进程

重要提示：需使用独立的 VLAN 分隔：

• 管理接口（10/100Mb）
• 刷写流量（1GbE）

镜像准备：从快照到优化

高质量镜像准备对刷写速度至关重要。推荐流程：

• 通过 rpiboot 以大容量存储模式捕获源镜像
• 使用 PiShrink 裁剪未用空间
• 使用 7-Zip 以 XZ 算法压缩（压缩比 5-6 倍）
• 生成 SHA-256 校验和

# 示例压缩脚本
xz -9 -v --check=sha256 source.img -o compressed.img.xz
sha256sum compressed.img.xz > checksum.sha256

注意：Astra Linux 或 QNX 的镜像需要额外分区调整。传输到较小介质时，使用 resize2fs 调整根分区大小。

通过自定义脚本实现自动化

系统支持通过 Web 界面的 Scripts 部分运行后安装脚本。示例脚本用于启用 SSH 并创建用户：

#!/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

实现特性：

• 环境变量 $PART1/$PART2 指向分区
• 脚本在首次系统启动前运行
• 支持通过 heredoc 的多行命令
• 日志记录至 /var/log/provisioner/

实际部署：从连接到验证

典型连接设置：

• 服务器：1GbE LAN 端口 → 交换机
• 客户端：交换机 1GbE 端口
• 管理设备：服务器 10/100Mb 端口

将镜像加载到 Images 部分后，需要：

• 创建项目，指定：

- 镜像源

- 脚本列表

- 验证标志

• 通过 Set Active 激活项目
• 为客户端设备通电

系统会自动：

• 通过 DHCP 分配 IP
• 通过 TFTP 加载内核
• 将镜像解压至 eMMC
• 验证校验和

CMs 部分显示检测到的模块 MAC 地址和序列号。刷写日志包含错误详情，如校验和不匹配和传输超时。

关键要点

• 硬件要求：必须使用 1GbE 交换机——使用 100Mb 端口会使刷写速度降低 8-10 倍
• 镜像优化：XZ 压缩对传输速度至关重要——未压缩的 8GB 镜像需 35 分钟以上
• 验证：始终启用校验和检查——92% 的错误会在 2-3 周后表现为坏扇区
• 脚本：批量部署前在单台设备上测试脚本
• 扩展：批次 >30 台设备时，在服务器上使用 NVMe 驱动器——可将写入速度提升 2.3 倍

对于已刷写的设备，无需拆机。只需通过 SSH 删除启动分区并重启进入网络启动模式。系统会自动检测缺失的引导加载程序并启动刷写。

技术限制：

• 仅支持 eMMC 和 NVMe（不支持 SD 卡）
• 最大镜像大小：32GB
• 服务器需静态 IP 地址（不支持 DHCP）

— Editorial Team