raspi5_m2_ssd

2024-10-27

树莓派5_PCIE_2_M2_SSD硬盘

树莓派5支持了 mini PCIE 接口，默认工作在 PCIE gen2x1，也可以通过修改配置，使其工作在 PCIE gen3x1。通过 PCIE to M.2 HAT，可以使用 NVME 协议 M.2 接口的 SSD。

0 硬件配件

具体配件如下： alt text

从左到右依次是：

  • 树莓派5
  • 转接排线
  • 2242 固态硬盘
  • PCIE to M.2 HAT
  • 铜柱螺丝

硬件连接很简单，这里就不再赘述了。

1 软件更新

树莓派5默认没有启用 PCIE 接口，先启用 PCIE 接口。

  • 更新软件 
    sudo apt update && sudo apt upgrade
  • 更新固件 
    # 检查固件
sudo rpi-eeprom-update

如果看到 2023 年 12 月 6 日或更晚的日期，请继续下一步。如果看到的日期早于 2023 年 12 月 6 日，运行以下命令打开 Raspberry Pi 配置 CLI：

sudo raspi-config

在 Advanced Options --> Bootloader Version下，选择 Latest。然后用 Finish 或 Escape 键退出raspi-config。

运行以下命令将固件更新到最新版本：

sudo rpi-eeprom-update -a

然后，使用sudo reboot重新启动。

2 启用 PCIe Gen 3

Raspberry Pi 5 未通过 Gen 3.0 速度认证。PCIe Gen 3.0 连接可能不稳定。

2.1 启用 PCIe

默认情况下，除非连接到 HAT+ 设备，否则 PCIe 连接器不会启用。要启用该连接器，需要在/boot/firmware/config.txt中添加以下一行：

dtparam=pciex1

使用 sudo reboot 重新启动，使配置更改生效。

2.2 启用 PCIe Gen 3.0

树莓派5 pcie 接口已通过 Gen 2.0 速度（5 GT/秒）认证，但是也可以强制使用 Gen 3.0（10 GT/秒）速度。要启用 PCIe Gen 3.0 速度，请在/boot/firmware/config.txt中添加以下一行:

dtparam=pciex1_gen=3

使用 sudo reboot 重启 Raspberry Pi，使这些设置生效。

完成以下步骤以启用 PCIe Gen 3.0 速度

  • 运行以下命令打开 Raspberry Pi 配置 CLI： 
    sudo raspi-config
  • 选择 Advanced Options。
  • 选择 PCIe Speed。
  • 选择 Yes 启用 PCIe Gen 3 模式。
  • 选择 Finish 退出。

使用 sudo reboot 重启 Raspberry Pi，使这些设置生效。

3 硬盘挂载

检查 pcie 设备：

lspci

# 0000:00:00.0 PCI bridge: Broadcom Inc. and subsidiaries BCM2712 PCIe Bridge (rev 21)
# 0000:01:00.0 Non-Volatile memory controller: MAXIO Technology (Hangzhou) Ltd. NVMe SSD Controller MAP1202 (rev 01)
# 0001:00:00.0 PCI bridge: Broadcom Inc. and subsidiaries BCM2712 PCIe Bridge (rev 21)
# 0001:01:00.0 Ethernet controller: Raspberry Pi Ltd RP1 PCIe 2.0 South Bridge

可以看到有以太网控制器和非易失性存储控制器两个 PCIE 设备。其中非易失性存储控制器就是插入的 NVMe SSD 硬盘。

查看磁盘：

lsblk

# NAME        MAJ:MIN RM   SIZE RO TYPE MOUNTPOINTS
# mmcblk0     179:0    0  59.5G  0 disk
# ├─mmcblk0p1 179:1    0   512M  0 part /boot/firmware
# └─mmcblk0p2 179:2    0    59G  0 part /
# nvme0n1     259:0    0 476.9G  0 disk

可以看到有一个 476.9G 的 nvme0n1 就是添加的 SSD 硬盘了。

如果需要对 SSD 硬盘进行分区，可以使用fdisk进行分区，

sudo fdisk /dev/nvme0n1

后面根据提示和需要进行分区即可，这里只分了一个区：

lsblk
NAME        MAJ:MIN RM   SIZE RO TYPE MOUNTPOINTS
mmcblk0     179:0    0  59.5G  0 disk
├─mmcblk0p1 179:1    0   512M  0 part /boot/firmware
└─mmcblk0p2 179:2    0    59G  0 part /
nvme0n1     259:0    0 476.9G  0 disk
└─nvme0n1p1 259:1    0 476.9G  0 part

如果不需要分区，就跳过分区处理，直接进行硬盘的格式化，输入mkfs，之后连续按两次tab，查看支持哪些文件系统格式:

mkfs
mkfs         mkfs.cramfs  mkfs.ext2    mkfs.ext4    mkfs.minix   mkfs.ntfs
mkfs.bfs     mkfs.exfat   mkfs.ext3    mkfs.fat     mkfs.msdos   mkfs.vfat

可以看到系统支持多种格式，这里选择ext4:

sudo mkfs.ext4 /dev/nvme0n1p1

mke2fs 1.47.0 (5-Feb-2023)
Discarding device blocks: done
Creating filesystem with 125026560 4k blocks and 31260672 inodes
Filesystem UUID: 80e18405-0ce0-4b2c-a208-db71b375dd6a
Superblock backups stored on blocks:
        32768, 98304, 163840, 229376, 294912, 819200, 884736, 1605632, 2654208,
        4096000, 7962624, 11239424, 20480000, 23887872, 71663616, 78675968,
        102400000

Allocating group tables: done
Writing inode tables: done
Creating journal (262144 blocks): done
Writing superblocks and filesystem accounting information: done

至此，硬盘格式化完成。

  • 新建挂载点 
    sudo mkdir -p /mnt/nvme0
  • 挂载 
    # 单次挂载
sudo mount /dev/nvme0n1p1 /mnt/nvme0

可以通过df -h来查看是否挂载成功。

  • 设置开机自动挂载 首先查看UUID： ```bash blkid

/dev/nvme0n1p1: UUID=”80e18405-0ce0-4b2c-a208-db71b375dd6a” BLOCK_SIZE=”4096” TYPE=”ext4” PARTUUID=”67259595-020c-6647-8d67-21ccf6915bb6”


将`/dev/nvme0n1p1`的 UUID 复制出来，然后写入到`/etc/fstab`中去:
```bash
sudo echo "UUID=80e18405-0ce0-4b2c-a208-db71b375dd6a /mnt/nvme0 ext4 defaults 0 0" >> /etc/fstab
  • 将 /etc/fstab 中定义的所有档案系统挂上 
    mount -a
  • 修改挂载目录权限 
    sudo chmod 777 -R /mnt/nvme0/

最后，重启试验一下是否成功。

4 硬盘读写测试

  • 进入磁盘挂载目录 
    cd nvme_ssd0
  • 清除缓存 
    sudo sh -c "sync && echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches"
  • 写测试 ```bash sudo dd if=/dev/zero of=./test_write count=2000 bs=1024k

2000+0 records in

2000+0 records out

2097152000 bytes (2.1 GB, 2.0 GiB) copied, 1.56196 s, 1.3 GB/s


我这里的写速度为 1.3GB/s，确实可以跑满 PCIE gen3x4 的速度。

* 读测试
```bash
# 清除缓存
sudo sh -c "sync && echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches"
sudo dd if=./test_write of=/dev/null count=2000 bs=1024k

2000+0 records in
2000+0 records out
2097152000 bytes (2.1 GB, 2.0 GiB) copied, 2.25042 s, 932 MB/s

我这里的读速度为 932 MB/s，这里一定要先清除缓存，否则会由于缓存的原因，达到很高的读速度。

也可以设置从 pcie 通过 nvme 固态硬盘来启动气筒，但是我目前没有这个需求，目前仅把固态硬盘当做高速存储使用。