Naciśnij ESC, aby zamknąć

Raspberry Pi 5: Instalacja i konfiguracja dysku NVMe

Okładka artykułu, Raspberry Pi 5 NVMe

Cześć!

W dzisiejszym artykule przedstawię Ci praktyczny przewodnik jak podłączyć i skonfigurować dysk NVMe z nowym Raspberry Pi.

Co to jest Raspberry Pi?

Raspberry Pi, Logo

Raspberry Pi to rodzina jednopłytkowych komputerów (ang. single-board computers – SBC) stworzona przez Raspberry Pi Foundation, organizację non-profit z siedzibą w Wielkiej Brytanii. Pierwszy model Raspberry Pi pojawił się na rynku w 2012 roku. Od tego czasu seria stale się rozwija, dostarczając coraz to nowsze i bardziej zaawansowane możliwości w przystępnej cenie.

Raspberry Pi ma zastosowanie w różnorodnych celach, od edukacyjnych przez hobbistyczne aż do profesjonalnych, jako niedrogi i kompaktowy komputer. Ma formę niewielkiej płytki z wbudowanym procesorem, pamięcią RAM, portami wejścia/wyjścia (GPIO), portami USB, portem Ethernet, oraz często z wbudowanymi modułami Wi-Fi i Bluetooth.

Chociaż Raspberry Pi nie jest równoważne z tradycyjnymi komputerami stacjonarnymi pod względem wydajności, to oferuje wystarczającą moc obliczeniową do wielu zastosowań, takich jak nauka programowania, tworzenie projektów IoT (Internet of Things), serwery domowe, systemy monitoringu i wiele innych.

Wszystkie modele Raspberry Pi działają na oprogramowaniu typu open-source, zwykle na bazie systemu operacyjnego Linux, takiego jak Raspberry Pi OS (wcześniej znany jako Raspbian), choć można na nich uruchomić również inne systemy operacyjne, takie jak Windows 10 IoT Core. Dzięki swojej popularności, Raspberry Pi stał się istotnym narzędziem dla hobbystów, studentów, twórców, a nawet dla niektórych profesjonalistów w różnych dziedzinach informatyki i elektroniki.

Nowa generacja Raspberry Pi

Raspberry Pi 5 to kolejna odsłona popularnej serii jednopłytkowych komputerów. W porównaniu do Raspberry Pi 4B, wprowadza kilka istotnych zmian:

Raspberry Pi 5, board
  • Procesor: Raspberry Pi 5 korzysta z procesora Broadcom BCM2712 z czterema rdzeniami Arm Cortex-A76 taktowanymi zegarem 2,4 GHz. To oznacza wyższą wydajność w porównaniu do poprzedniej wersji.
  • Pamięć RAM: Dostępne są warianty z pamięcią LPDDR4X-4267 SDRAM o pojemności 4 GB i 8 GB. 
  • Wyjście wideo: Raspberry Pi 5 obsługuje dwa wyświetlacze 4Kp60 HDMI z obsługą HDR. To znaczący krok naprzód w jakości obrazu.
  • Porty USB: Nowa wersja posiada dwa porty USB 3.0, które umożliwiają jednoczesną pracę z prędkością 5 Gb/s. To ułatwia podłączanie dodatkowych urządzeń.
  • Wi-Fi i Bluetooth: Raspberry Pi 5 obsługuje dwuzakresową sieć Wi-Fi 802.11ac oraz Bluetooth 5.0 / Bluetooth Low Energy (BLE). 
  • PCIe: Raspberry Pi 5 posiada interfejs PCI Express (PCIe), który umożliwia podłączenie dodatkowych urządzeń, takich jak dyski NVMe. Dzięki temu możesz wykorzystać wydajny dysk NVMe w swoim projekcie.
  • Inne funkcje: Wspiera kartę microSD w trybie SDR104, posiada standardowe złącze 40-pinowe, zegar czasu rzeczywistego (RTC) zasilany z zewnętrznej baterii oraz przycisk zasilania.

Przygotowanie

Zanim zanurzymy się w adaptację systemu, warto odpowiednio się przygotować. Poniżej znajdziesz kluczowe kroki, aby rozpocząć projekt. Upewnij się, że masz wszystkie niezbędne materiały:

  • Raspberry Pi 5 (Link do sklepu),
  • Przystawka do Raspberry Pi HAT, pozwalająca na montaż dysku NVMe (Link do sklepu),
  • Oryginalny zasilacz do Raspberry Pi 27W USB-C (Link do sklepu) lub jeżeli zamierzasz zasilać poprzez PoE – Waveshare PoE HAT Compatible (Link do sklepu),
  • (opcjonalnie) Karta pamięci microSD – na potrzeby zmian EEPROM w Raspberry Pi.

Kompatybilność dodatków HAT+ vs non-HAT+

Raspberry Pi 5 posiada złącze FPC znajdujące się na płytce. To złącze umożliwia korzystanie z interfejsu PCIe Gen 2.0 ×1 do szybkiego podłączania urządzeń peryferyjnych.

Aby podłączyć urządzenie PCIe HAT+, wystarczy je po prostu podłączyć do Raspberry Pi. Akcesorium powinno zostać automatycznie wykryte przez Raspberry Pi. Jeśli chodzi o urządzenia non-HAT+, należy najpierw je podłączyć do Raspberry Pi, a następnie ręcznie włączyć obsługę interfejsu PCIe.

Przystawka do dysku NVMe nie jest oryginalnym dodatkiem od Raspberry Pi Foundation, dlatego będziemy musieli ręcznie włączyć obsługę interfejsu PCIe. Bez tego płytka nie wykryje naszego dysku.

Krok 1 – Instalacja systemu Raspberry Pi OS na karcie microSD

Na potrzeby poradnika skorzystamy z systemu operacyjnego Raspberry Pi OS Lite, pozbawionego środowiska desktopowego. Natomiast polecenia będziemy mu podawać po SSH.

Na systemy operacyjne Microsoft Windows polecam PuTTY, z kolei na systemy operacyjne Apple MacOS polecam Termius.

Raspberry Pi Imager 

  • Raspberry Pi Device: Wybierz Raspberry Pi 5,
  • Operating System: Wybierz Raspberry Pi OS (other), a następnie Raspberry Pi OS Lite (64-bit),
  • Storage: Wybierz swój nośnik pamięci, który podłączyłeś do komputera,
  • Następnie kliknij Next,
    • Po wyświetleniu monitu informacyjnego Use OS customisation, kliknij opcję Edit settings,
    • Dla komputerów z systemem MacOS – Po wyświetleniu następnego monitu z opisem Would you like to prefill the wifi password from the system keychain, wybierz opcję No.
    • Gdy otworzy się okno dostosowywania systemu operacyjnego, przejdź do zakładki General i uzupełnij je następującymi parametrami:
      • Zaznacz Set hostname i wpisz: rpi01
      • Zaznacz Set username and password i wpisz:
        • Username: pi
        • Password: Ustaw swoje własne hasło
    • Przejdź do kolejnej zakładki Services i zaznacz opcję Enable SSH, pozostawiając Use password authentication.
    • Aby zachować ustawienia, kliknij Save.
    • Następnie wróć do poprzedniego okna Use OS customisation i kliknij Yes, aby zastosować wprowadzone przez Ciebie modyfikacje. 
    • Wyskoczy okno ostrzegawcze informujące, że wszystkie dane na karcie pamięci zostaną bezpowrotnie usunięte. Potwierdź tę czynność. W tym momencie narzędzie Imager sformatuje kartę i zainstaluje na niej system operacyjny wraz z dokonanymi modyfikacjami.
    • Po zakończeniu procesu instalacji, umieść kartę pamięci w urządzeniu Raspberry Pi. Następnie podłącz je do zasilania oraz do routera lub switcha za pomocą przewodu sieciowego zakończonego końcówką RJ45.

Krok 2 – Edycja BOOT_ORDER na potrzeby rozruchu dysku NVMe

W przypadku Raspberry Pi 5 możesz określić, czy ma uruchamiać się z USB czy sieci, jeśli karta microSD nie jest włożona. To właśnie za to odpowiada kolejność rozruchu. Dzięki temu możesz dostosować, z jakiego źródła ma być uruchamiany system. Na przykład, jeśli masz podłączony dysk NVMe, chcesz, aby system najpierw próbował uruchomić się z tego dysku, a dopiero potem z innych źródeł, takich jak karta microSD.

Linia BOOT_ORDER określa kolejność uruchamiania urządzeń. Wartość 0xf416 oznacza, że Raspberry Pi 5 będzie najpierw próbować uruchomić system z dysku NVMe (jeśli jest podłączony), a dopiero potem z innych źródeł (np. karty microSD). To kluczowe, aby system operacyjny na dysku NVMe był pierwszym wyborem podczas uruchamiania.

  • Uruchom Putty (Windows OS) lub Termius (MacOS), a następnie połącz się ze swoim urządzeniem po SSH,
  • Wprowadź polecenie:
sudo rpi-eeprom-config --edit
  • W pliku konfiguracyjnym znajdź linię BOOT_ORDER, zmień ją na:
BOOT_ORDER=0xf416

Jeśli używasz adaptera non-HAT+ (czyli nie jest to oficjalny adapter zgodny z protokołem HAT), dodanie linii PCIE_PROBE=1 pozwoli na ręczne włączenie obsługi portu PCIe. Ta opcja jest potrzebna tylko w przypadku korzystania z nieoficjalnych adapterów.

  • Dodaj poniższą linię:
PCIE_PROBE=1
  • Po dokonaniu edycji, zapisz zmiany w pliku konfiguracyjnym klikając Ctrl + O (aby zapisać zmiany w pliku), a następnie Ctrl + X (aby wyjść z edytora),
  • Następnie zrestartuj Raspberry Pi 5, aby nowe ustawienia zostały zaaplikowane. 

Krok 3 – Instalacja systemu Raspberry Pi OS na dysku NVMe

Po ustawieniu priorytetu rozruchu na Raspberry Pi, przystępujemy do instalacji systemu Raspberry Pi OS na dysku NVMe.

  • Podłącz dysk NVMe za pomocą adaptera/obudowy dysku. Na własne potrzeby korzystam z Uniteka na USB-C. 
  • Wybierz system do instalacji na dysku za pomocą Raspberry Pi Imager,
  • Wybierz docelowy dysk NVMe, na którym ma zostać zainstalowany system.
  • Kliknij Write (lub zmień przy okazji konieczne parametry np. SSH/Locale itp.)
  • Po zainstalowaniu systemu operacyjnego na dysku NVMe nie montuj go od razu w Raspberry Pi. Konieczne jest jeszcze dostosowanie parametrów w pliku config.txt na dysku NVMe, aby aktywować interfejs PCIe.

Krok 4 – Edycja config.txt na dysku NVMe

Aby uruchomić Raspberry Pi 5 z dysku NVMe, konieczne jest dodanie odpowiedniego parametru do pliku config.txt, znajdującego się na partycji systemowej na dysku NVMe. Jednakże edycja tego pliku może być wyzwaniem, gdyż systemy Windows i macOS domyślnie nie obsługują partycji ext4, używanej na większości systemów opartych o Linux. Poniżej znajdziesz kroki, które należy podjąć:

  • Podłącz ponownie dysk NVMe (jeśli został odłączony) za pomocą przejściówki USB do komputera,
  • Zainstaluj narzędzie do obsługi partycji ext4
    • Jeżeli korzystasz z systemu Windows, możesz zainstalować narzędzie Ext2Read,
    • Jeżeli korzystasz z systemu macOS, zainstaluj narzędzie extFS for Mac firmy Paragon Software (osobiście go używam do innych także zastosowań i jestem bardzo zadowolony),
  • Odczytaj plik config.txt
    • Otwórz partycję ext4 na dysku NVMe za pomocą wspomnianych narzędzi,
    • Przejdź do folderu /boot/firmware i otwórz plik config.txt znajdujący się tam,
    • Dodaj parametr opisany poniżej:
#  Add to the bottom of the /boot/firmware/config.txt file
dtparam=nvme
  • Po dodaniu tego parametru, zapisz zmiany i wyjmij dysk NVMe z komputera. Teraz możesz podłączyć dysk do Raspberry Pi 5 i uruchomić system z nowymi ustawieniami.

PCIe Gen 3.0

Raspberry Pi 5 dysponuje pięcioma aktywnymi liniami PCI Express: cztery są przeznaczone dla nowego układu RP1, obsługującego różne interfejsy, takie jak USB, Ethernet, kamery MIPI, wyświetlacze oraz GPIO, a jedna jest dedykowana zewnętrznemu złączu PCIe. Domyslnie wszystkie linie PCIe pracują w trybie Gen 2.0, osiągając około 5 GT/s na linię.

Jednakże istnieje możliwość wymuszenia pracy w trybie Gen 3.0, osiągając około 8 GT/s, co stanowi prawie dwukrotnie szybszą prędkość. Aby to osiągnąć, należy dodać następujące linie do pliku /boot/firmware/config.txt:

# Optionally, you can force a change in PCIe bus speed with the command below
dtparam=pciex1_gen=3

Po wprowadzeniu tych zmian, zapisz plik. Nowe ustawienia będą uwzględnione, a Raspberry Pi 5 będzie działać w trybie PCIe Gen 3.0.

Warto zauważyć, że podczas gdy niektóre urządzenia mogą znacząco skorzystać z prędkości Gen 3.0, takie jak szybkie karty sieciowe i dyski SSD NVMe, inne mogą napotkać problemy związane z zakłóceniami sygnału lub innymi czynnikami. Dlatego zaleca się eksperymentowanie z różnymi konfiguracjami, aby osiągnąć optymalną wydajność w zależności od konkretnego przypadku użycia!

Krok 5 – Instalacja adaptera oraz podłączenie dysku NVMe

Teraz nadszedł czas na zamontowanie adaptera NVMe na Raspberry Pi 5 oraz podłączenie dysku NVMe. Poniżej znajdują się kroki, które należy wykonać:

  • Montaż adaptera PCIe NVMe
    • Zamontuj adapter zgodnie z instrukcjami dostarczonymi przez producenta. Podłącz przewód do złącza FPC, które odpowiada za komunikację przez PCIe, upewniając się, że jest on prawidłowo osadzony.
  • Zainstaluj dysk na płytce
    • Delikatnie dokręć śrubkę blokującą, aby zapobiec wypadnięciu dysku.
  • Uruchom płytkę
    • Włącz Raspberry Pi 5 i obserwuj, czy dysk NVMe zostaje wykryty.
  • Gotowe! 🚀

Jeśli masz dodatkowe pytania dotyczące konfiguracji, śmiało zostaw komentarz pod tym artykułem lub skontaktuj się ze mną bezpośrednio. Chętnie odpowiem na wszelkie wątpliwości i pomogę rozwiązać ewentualne problemy. Twoje pytania mogą pomóc w ulepszeniu tego poradnika dla innych użytkowników.

Problemy z rozpoznaniem dysku

Jeśli masz problemy z uruchomieniem lub rozpoznaniem dysku NVMe SSD, oto kilka kroków, które mogą ci pomóc:

  • Upewnij się, że używasz systemu operacyjnego (Bookworm), ponieważ tylko on obsługuje PCIe. OS Bullseye nie jest obsługiwany. Możesz sprawdzić dostępne systemy operacyjne na stronie: https://www.raspberrypi.com/software/operating-systems/
  • Upewnij się, że używasz właściwego typu dysku SSD. Obsługiwane są tylko dyski M.2 NVMe (Sata) Key-M. Nie obsługiwane są dyski M.2 NGFF Key-B.
  • Upewnij się, że kabel FPC jest prawidłowo i szczelnie włożony do Raspberry Pi 5. Sprawdź również, czy kierunek kabla FPC jest poprawny.
  • Jeśli nadal masz problemy, zastanów się nad kompatybilnością dysku SSD. Możesz spróbować przełączyć się na inne marki dysków NVMe SSD.

Dodatkowe materiały i informacje

W celu dalszego zgłębienia tematu i uzyskania szczegółowych informacji, polecam sprawdzenie poniższych linków. Są one wartościowymi źródłami, które zostały wykorzystane podczas opracowywania tego poradnika.

Przeczytaj także

Gravatar Filip Chochół

Filip Chochół

Filip Chochol runs two blogs: personal “chochol.io” and together with his girlfriend “Warsaw Travelers” about travel. He specializes in IT resource management and technical support, and has been active in the field of cyber security awareness for almost two years. A proponent of open-source technologies, he previously worked in the film and television industry in the camera division (2013-2021). After hours, he develops interests in smart homes and networking.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *


This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.