ZYBO-Z7开发板的PYNQ框架移植(PYNQ镜像制作）

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ZYBO-Z7开发板的PYNQ框架移植(PYNQ镜像制作）

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PYNQ官方给出SD img 文件的开发板目前有三块：PYNQ-Z1，PYNQ-Z2以及ZCU104。笔者所用的开发板为ZYBO-Z7，需要自己生成SD卡的img来实现PYNQ功能。

参考：https://blog.csdn.net/qq575542641/article/details/89155521

一： 基本框架搭建
框架搭建基于Ubuntu16.04，此处注意18.04版本在框架移植方面仍存在问题，建议使用16.04版本。笔者电脑用的是Win10系统，所以采用VMware虚拟机进行SD img 文件的生成，同时虚拟机方便操作过程中的文件拷贝，同样用Windows系统的朋友们建议采用这种方法。注意虚拟机的内存设置尽量大一些，避免在之后镜像生成中报错，笔者用2g内存出现过镜像生成失败的情况。

安装好Ubuntu系统后建议先更换软件源，在system setting中选择Software&Updates，这里笔者用的是中科大的软件源

完成后我们正式开始环境搭建

1. 基本库环境：
修改shell环境，

sudo dpkg-reconfigure dash

此处注意一定要选择no，否则会导致之后petalinux安装失败

sudo apt-get install -y gcc git make net-tools libncurses5-dev tftpd zlib1g-dev libssl-dev \
flex bison libselinux1 gnupg wget diffstat chrpath socat xterm autoconf libtool tar unzip \
texinfo zlib1g-dev gcc-multilib build-essential libsdl1.2-dev libglib2.0-dev zlib1g:i386 \
screen pax gzip

sudo apt-get install tofrodos gawk xvfb zlib1g-dev:i386

sudo apt-get install tftpd-hpa
sudo chmod a+w /var/lib/tftpboot/

2.Xilinx基本环境安装
为了完成 img 生成，这里需要安装的软件包括：Petalinux，Vivado以及Vivado SDK。另需要板级镜像文件：bionic.arm.2.3.img。这里注意一下版本号的对应关系：
pynq_rootfs_arm_v2.3下载地址：离线镜像
笔者所用的Vivado为2018.2版本，所对应的板级镜像即为v2.3版本，以此类推。

首先进入管理员权限来生成文件夹

sudo -s
mkdir -p /opt/pkg/petalinux/2018.2

同时为生成的文件夹赋予权限，同样与之后Petalinux的成功安装有关：

chown <your_user_name> /opt/pkg/
chown <your_user_name> /opt/pkg/petalinux
chown <your_user_name> /opt/pkg/petalinux/2018.2
chgrp <your_user_name> /opt/pkg/
chgrp <your_user_name> /opt/pkg/petalinux
chgrp <your_user_name> /opt/pkg/petalinux/2018.2

之后exit命令退出管理员模式

将下载好的Petalinux安装包复制到虚拟机（例：Downloads文件夹）

在对应的文件中右键打开终端（或cd命令到含有安装包的文件夹）
首先赋予执行权限：

sudo chmod +x petalinux-v2018.2-final-installer.run

之后运行安装包安装到指定路径

./petalinux-v2018.2-final-installer.run /opt/pkg/petalinux/2018.2

Ubuntu系统中准备好Vivado安装包
与前面的安装过程相同，在对应文件夹右键终端输入：

sudo ./xsetup

安装路径选择默认的 /opt/Xilinx/ ，安装完成后会自动生成对应的Vivado和SDK文件夹
终端中对执行所属权进行修改

sudo chmod 777 -R /opt/Xilinx/
sudo chmod 777 -R ~/.Xilinx/

3.PYNQ组件下载

1. 下载开发包

git clone https://github.com/Xilinx/PYNQ.git
cd PYNQ
git checkout v2.3
git checkout -b ZYBO-Z7

2. 重要：检测安装依赖库环境
   依次进入下载好的 /PYNQ/sdbuild/scripts/
   运行setup_host.sh

chmod +x setup_host.sh
./setup_host.sh

3. 成功后通过终端打开编辑shell环境文件

sudo gedit  ~/.bashrc

在打开的文档末尾追加：

source /opt/pkg/petalinux/2018.2/settings.sh
source /opt/Xilinx/Vivado/2018.2/settings64.sh
source /opt/Xilinx/SDK/2018.2/settings64.sh
export PATH=/opt/qemu/bin:/opt/crosstool-ng/bin:$PATH

4. 进入文件夹 /opt/crosstool-ng/lib/crosstool-ng-1.22.0/scripts/build/libc/
   打开文件newlib.sh
   将"{http://mirrors.kernel.org/sourceware/newlib,
   ftp://sourceware.org/pub/newlib}"
   改为 “ftp://sourceware.org/pub/newlib"或者"http://mirrors.kernel.org/sourceware/newlib”
   如图：
   
5. 源文件修改
   因为笔者并没有安装SDx环境，所用进入 /PYNQ/sdbuild/ 文件夹，打开Makefile
   删除如下内容：

which sdx | fgrep ${KERNEL_VERSION}

环境搭建完成

二：soc系统构建
为了完成PYNQ的SD img的成功生成，我们需要的材料有：
1.rootfs文件（不含内核信息的镜像，可以加速生成过程）其中ZYNQ7000采用的是arm镜像，ZYNQ UltraScale+采用的为aarch64镜像
2.开发板的板级描述文件，具体可分为两种形式：
1.直接提供bsp文件；
2.提供bit文件和hdf文件
具体可见PYNQ官网介绍：

这里我们采用第二种方法。

Vivado工程建立

1. 新建Vivado工程，板卡选择ZYBO-Z7开发板
2. Create Block design,添加ZYNQ7000 IP核，点击Run Block Automation
3. 双击ZYNQ7000对IP核进行配置（如图）需要注意保证SD，enet以及gpio端口使能
4. Create HDL Wrapper之后生成bit流
5. export hardware（注意勾选include bitstream）
   

三：框架移植
1.板级描述文件的准备
在上一步床创建的Vivado工程目录中找到
.runs\impl_1_wrapper.bit
.sdk_wrapper.hdf
其中为你在Vivado中所命名的工程名
修改二者文件名为base.bit 以及system.hdf
其中bit流文件用于FPGA配置，hdf文件用于对已建立的Soc系统进行描述

2.ZYBO-Z7镜像构建

1. 在 /PYNQ/sdbuild/ 目录下新建文件夹 ‘prebuilt’
   将bionic.arm.2.3.img文件拷贝至该文件夹
2. 在 /PYNQ/boards/ 目录下新建文件夹 ‘ZYBO-Z7’
3. 在 ZYBO-Z7 中再新建两个文件夹分别为 base 和petalinux_bsp
4. 在 petalinux_bsp 中再建立文件夹 hardware_project
5. 分别将base.bit拷贝到base；system.hdf拷贝到hardware_project
6. 复制/boards/PYNQ-Z2中的 .spec文件至ZYBO-Z7下并修改文件夹名为ZYBO-Z7.spec
7. 打开ZYBO-Z7.spec，修改内容如下

ARCH_${BOARD} := arm
BSP_${BOARD} := 
BITSTREAM_${BOARD} := base/base.bit
STAGE4_PACKAGES_Pynq-Z2 := pynq  ethernet

返回 /PYNQ/sdbuild/ 打开终端

make BOARDS=ZYBO-Z7 \
PREBUILT=./prebuilt/bionic.arm.2.3.img

等待img文件生成完成。

3.烧写SD卡
将 /sdbuild/output 目录下生成的.img复制至Windows

下载并使用 Win32DiskImager将镜像烧写至SD卡（至少8g）上
烧写完成后将U盘重新接入Ubuntu虚拟机，注意查看分区内容，FAT32分区是否存在BOOT.bin以及image.ub文件。如果没有将 /PYNQ/sdbuild/output/boot/ 文件夹下对应的文件拷贝至这一分区。
烧写失败需还原SD卡请参考SD卡还原

4.SD 卡测试
将烧录完成的SD卡插入板卡中，接通网线，并上电启动。
建议采用Xshell进行端口交互
出现下图即说明启动成功

恭喜你，你的ZYBO板以及拥有自己的Linux系统了，现在可以用ifconfig命令查看一下

这里笔者遇到过第一次上电启动检测不到eth0连接的问题，解决方法如下：
首先进入管理员模式

sudo -s

使能eth0

ifconfig eth0 up

为eth0分配IP地址，这里需要查看自己计算机的ip，确保二者在同一网段

ifconfig eth0 192.168.1.223 netmask 255.255.255.0

完成后退出管理员模式，再次ifconfig即可查看到eth0

框架移植完成

附录：

四：Jupyter Notebook的使用
在端口中输入jupyter notebook

复制红线部分，打开浏览器，粘贴，修改localhost:8888部分为 :9090 即可访问jupyter notebook

另：
文件夹路径输入\PYNQ\Xilinx可以直接访问板上文件

Fin