ZYNQ7000搭建嵌入式Linux操作系统---基础篇

ZYNQ7000搭建嵌入式Linux操作系统

分享下自己在搭建嵌入式操作系统的过程与心得。
使用平台：ALINX ZYNQ 7010（任意一款ZYNQ7000的板子都可以）
软件版本：VIVADO 2019.1 & SDK 2019.1
内核版本：linux-xlnx v2019.1
uboot版本：uboot-xlnx v2019.1
设备树工具：device-tree-xlnx v2019.1
linaro文件系统：linaro-vivid-gnome-20151215-714.tar.gz
之所以用2019.1，是因为后面的SDK被集成到vitis里了，不会用hhh。

一、VIVADO工程的建立

1.打开vivado，显示下面界面

点击create project；

点击next；

选择你要保存工程的路径和工程名，点击next；

点击next；

点击next；

在add constraints这个界面，单击create file；

在file name对约束文件进行命名，单击ok后窗口关闭，单击next；

在search里面输入你的zynq的型号，alinx的是xc7z010clg400-1，单击选择，再单击next；


单击finish，就完成了工程的建立。

二、VIVADO工程设置

执行完上一步骤后，进入下面的界面；

界面内容不介绍了，想学习vivado的朋友可以找找相关的资料。
单击左侧 PROJECT MANAGER里的IP INTEGATOR的create block design；

使用默认选项，单击ok；
稍等片刻，vivado界面显示了BLOCK DESIGN；

单击右侧Diagram窗口中的加号，两个加号都可以；

在窗口中输入zynq，显示如下；

双击中间的ZYNQ7 Processing System，稍等片刻，Diagram窗口中出现了zynq的ip核；

双击该ip核，进行配置；（p.s.：如果觉得配置zynq核很麻烦的话…可以直接点presets，在弹出的菜单中选择apply configuration，然后选择我分享的配置，zc010-simple.tcl这个文件）

选择左边page navigator中的MIO Configuration，并按照下图进行配置；

这里要注意下MDIO，默认是EMIO，要选择MIO52-53



然后要对DDR进行配置，更改DDR Configuration中的DDR controller configuration中的Memory part 为 MT41J128M16 HA-125;（这里是ALINX上带的DDR的型号）

再选择PS-PL Configuration 取消选中AXI NON Secure enablement中的GP master AXI interface中的M axi gp0 interface;

再选择PS-PL Configuration 取消选中general中的enable clock resets中的FCLK_RESET0_N;

再选择Clock Configuration，取消选中PL Fabric Clocks中的FCLK_CLK0；

单击ok，完成配置。
现在单击Diagram窗口中的Run Block Automation，在弹出的窗口中，不做任何修改，直接单击ok；


至此，完成ZYNQ的配置；
单击Sources，右键单击design_1，出现下面窗口；

单击 Create HDL Wrapper，在弹出的窗口选择第二个；

单击ok，稍等片刻，在sources窗口能看到创造了一个design_1_wrapper的verilog文件；

Ctrl+s保存，然后单击左下角的PROGRAM AND DEBUG中的Generate Bitstream，直接跑完综合，布线，生成bit流文件；如果遇到选项直接使用默认选项，点ok就完事。

最终出现下面的窗口；

单击cancel；
单击左上角的file，出现菜单；

选择Export中的Export Hardware，出现下面窗口；

勾选上include bitstream，单击ok；
再点击file，出现菜单；

选择Launch SDK；

出现的窗口中，单击ok；
稍等片刻，SDK 2019.1（Windows环境）就启动了。

三、在虚拟机环境下生成内核镜像uImage和uboot.elf

现在转到虚拟机下进行操作，
虚拟机使用的是Ubuntu 16.04 64位，虚拟机的安装与使用就不赘述了。主要讲述如何使用交叉编译器编译linux内核和uboot源码。
我使用的是VM16，Ubuntu16.04

在Linux下安装SDK

下载Linux下的SDK2019.1，后并安装；我建议使用Xilinx的软件和FPGA的朋友都去注册一个Xilinx账号，网上都有教程，甚至都不用输入自己的真实信息hhhh，从官方下载比从网盘啥的下载的更快更放心。
帮找了个教程，参照着弄就可以。

安装过程不赘述了，和Windows没什么区别。
Ctrl+Alt+T，进入Terminal，获取root权限

sudo su 
<输入用户密码>
cd <安装包所在路径>
chmod 777 ./Xilinx_SDK_2019.1_0524_1430_Lin64.bin
./Xilinx_SDK_2019.1_0524_1430_Lin64.bin

就能进入安装的界面了。
截一些图作为参考吧。。







等待下载和安装完成即可。网速快的话十分钟就装好了hhh。

安装依赖包

安装完SDK后，在命令行下（root用户下）

apt-get install bison -y
apt-get install flex -y
apt-get install u-boot-tools -y
apt-get install device-tree-compiler -y
apt-get install libssl-dev -y

编译内核

将从XilinxGithub上下载的Linux内核源码放到/home/<用户名>/Dowloads下，并解压；

进入linux-xlnx-xilinx-v2019.1，右键单击空白处；

选择open in Terminal；
输入下面命令；

sudo su
<输入密码>
source /tools/Xilinx/SDK/2019.1/settings64.sh
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- xilinx_zynq_defconfig //这里是拷贝zynq的默认内核配置
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- uImage LOADADDR=0x8000

等待一段时间，让内核完成编译，最后在/home/<用户名>/Downloads/linux-xlnx-xilinx-v2019.1/arch/arm/boot/下能看到生成的内核文件uImage。

将生成的uImage拷贝到/home/<用户名>/Documents里

编译uboot

将从XilinxGithub上下载的uboot源码放到/home/<用户名>/Dowloads下，并解压；

进入u-boot-xlnx-xilinx-v2019.1。
搜索找到zynq-common.h；路径为：/home/<用户名>/Downloads/u-boot-xlnx-xilinx-v2019.1/include/configs/zynq-common.h

双击此文件，进行编辑；

修改为下图：

即

1.删除"load mmc 0 ${ramdisk_load_address} ${ramdisk_image} && " \
2.将 ${ramdisk_load_address} 替换为 - 

回到/home/<用户名>/Downloads/u-boot-xlnx-xilinx-v2019.1目录下，空白处右键单击选择open Terminal，进入Terminal。
输入命令

source /tools/Xilinx/SDK/2019.1/settings64.sh
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- zynq_zed_defconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-

稍等片刻，uboot就编译完成，在/home/<用户名>/Downloads/u-boot-xlnx-xilinx-v2019.1下，有uboot.elf文件，把这个文件拷贝到Windows环境下。在SDK生成BOOT.bin的时候会用到。

四、使用SDK生成BOOT.bin、设备树

完成vivado工程部分的内容后，SDK就启动了；

单击上面的Xilinx，选择repositories;

出现窗口；

单击Global Repositories里面的new，出现浏览文件夹的界面。
把下载的设备树工具解压到某目录，然后选择到这个解压出来的文件夹；（我的是D:\device-tree-xlnx-xilinx-v2019.1）

单击确定，可以看到Global Repositories窗口下多了个路径，这就是设备树工具的路径。

单击下面的ok。
单击file，出现窗口；

选择Board Support Package，出现下面的窗口；

在左下角的Board Support Package OS中选择下面的device_tree，单击finish；

单击device_tree，在bootargs的一行里的value添加下面内容：

console=ttyPS0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw earlyprintk rootfstype=ext4 rootwait devtmpfs.mount=0

单击下面的ok，完成设备树的生成。
左边窗口的device_tree_bsp_0中能看到几个后缀为dts或dtsi的文件；

点击左上角的file，出现窗口

选择new中的Application Project，出现窗口；

在project name中输出zynq，单击下面的next；

出现下面的窗口，选择zynq fsbl

单击finish；稍等片刻，在左边project explorer中能看到多了两个文件夹zynq和zynq_bsp；

单击上面的Xilinx，出现窗口；

选择create boot image，出现窗口；

单击output bif file path右侧的browse…，选择BOOT.bin的存储文件夹；我选择了工程存放的文件夹。
单击Boot image partitions的add，出现窗口；

这里注意，第一次add，partition type为bootloader，必须选择刚刚生成的zynq.elf文件。
单击file path的browse…，前往工程文件夹下的project_1\project_1.sdk\zynq\Debug\zynq.elf，（我的是F:\chitanda_eru\project_1\project_1.sdk\zynq\Debug\zynq.elf）选择这个文件，单击打开，该文件就会被导入，Boot image partitions下可以看到该文件的目录。

再次单击的Boot image partitions的add，出现窗口；

这次变为了datafile，单击file path的browse…，找到bit流文件，路径为工程文件夹下的project_1\project_1.sdk\design_1_wrapper_hw_platform_0\design_1_wrapper.bit，（我的是F:\chitanda_eru\project_1\project_1.sdk\design_1_wrapper_hw_platform_0\design_1_wrapper.bit），双击design_1_wrapper.bit，导入该文件。单击ok，发现在Boot image partitions下可以看到该文件的目录。

再次单击的Boot image partitions的add，出现窗口；

单击file path的browse…，找到之前生成的uboot.elf文件，双击选择后点击ok，发现在Boot image partitions下可以看到该文件的目录。

点击create image，在下方的控制台能看到BOOT.bin生成了。

将这个BOOT.bin拷贝到虚拟机下，存放到/home/<用户名>/Documents里

五、设备树的生成

将SDK（Windows环境）生成的设备树文件夹传入虚拟机中；
我的文件夹路径为：F:\chitanda_eru\project_1\project_1.sdk\device_tree_bsp_0（工程路径\project_1\project_1.sdk\device_tree_bsp_0)
文件夹下有几个文件：

我们需要用到的文件有：

pcw.dtsi
zynq-7000.dtsi
system-top.dts

如果你在PL端搭建了一些ip的话，那么还会有一个pl.dtsi的文件，这个后面有时间我会写一个搭pl的过程。
SDK生成的设备树格式有问题；双击打开system-top.dts

/*
 * CAUTION: This file is automatically generated by Xilinx.
 * Version: XSCT 2019.1
 * Today is: Mon Apr 19 17:45:40 2021
 */


/dts-v1/;
#include "zynq-7000.dtsi"
#include "pcw.dtsi"
/ {
	chosen {
		bootargs = "console=ttyPS0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw earlyprintk rootfstype=ext4 rootwait devtmpfs.mount=0 earlycon";
		stdout-path = "serial0:115200n8";
	};
	aliases {
		ethernet0 = &gem0;
		serial0 = &uart1;
		spi0 = &qspi;
	};
	memory {
		device_type = "memory";
		reg = <0x0 0x20000000>;
	};
};

应该把include前的#删掉，然后写成/include/这样的格式，如下：

/*
 * CAUTION: This file is automatically generated by Xilinx.
 * Version: XSCT 2019.1
 * Today is: Mon Apr 19 17:45:40 2021
 */


/dts-v1/;
/include/ "zynq-7000.dtsi"
/include/ "pcw.dtsi"
/ {
	chosen {
		bootargs = "console=ttyPS0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw earlyprintk rootfstype=ext4 rootwait devtmpfs.mount=0 earlycon";
		stdout-path = "serial0:115200n8";
	};
	aliases {
		ethernet0 = &gem0;
		serial0 = &uart1;
		spi0 = &qspi;
	};
	memory {
		device_type = "memory";
		reg = <0x0 0x20000000>;
	};
};

然后在这个文件夹界面下的空白处，单击右键，选择open Terminal，进入Terminal。
输入命令

dtc -I dts -O dtb -o devicetree.dtb system-top.dts

就能在当前目录下发现生成的devicetree.dtb了。
将生成的devicetree.dtb拷贝到/home/<用户名>/Documents里
至此，第一分区的准备工作就全部做完了。

六、linaro文件系统

SD卡分区

在虚拟机下，使用读卡器将microSD卡连接到电脑
按下Ctrl+Alt+T，进入Terminal，输入下面的命令

sudo apt-get install gparted -y
<输入密码>
gparted

就能弹出gparted工具的窗口；

点击左上角GParted，在弹出的菜单中Devices–><你的SD卡>


右键单击这个黄条，出现菜单，选择unmount；

再右键单击这个黄条，出现菜单，选择Delete


现在我们要创建两个分区，一个FAT32，用于存放启动文件BOOT.bin、devicetree.dtb和uImage；一个EXT4，用于存放文件系统。
再右键单击这个黄条，出现菜单，选择new

在弹出的窗口中这样进行配置


再右键单击这个黄条，出现菜单，选择new
按照下图进行配置；

点击Add，完成配置。

点击上方的绿色对勾，在弹出的窗口中选择Apply，稍等片刻，SD卡就完成了分区操作。
关闭gparted，在Ubuntu左侧就能看到有两个USB设备了。

将之前放入Documents的三个文件拷入名为BOOT的分区

将下载的linaro文件系统解压到rootfs，建议在命令行下进行解压，否则启动时可能会出现奇奇怪怪的问题hhhh。
将linaro-vivid-gnome-20151215-714.tar.gz拷贝到/home/<用户名>/Downloads下，使用下面的命令

tar -xvf /home/<用户名>/Downloads/linaro-vivid-gnome-20151215-714.tar.gz -C /media/<用户名>/rootfs

然后在rootfs下能看到生成了一个binary的文件夹，然后也可以看到binary下面有所有的根目录下的文件


使用下面命令把文件移动到rootfs下

mv /media/<用户名>/rootfs/binary/* /media/<用户名>/rootfs

这样SD卡就准备完成了，现在把SD卡插到开发板的SD卡插槽中，连接USB串口，上电启动。

七、系统启动

在putty中设置串口的参数（串口名在设备管理器中查看，波特率为115200）就可以看到系统正常启动了。