【基于Xilinx Zynq7000的PYNQ框架项目】02 PYNQ镜像制作

---

前言

由于 PYNQ 官网中没有适配 ZYNQ_MINI 开发板的现成的PYNQ镜像，我们需要用 vivado 自己设计硬件部分，然后下载与板子无关的预构建文件 PYNQ rootfs，在ubuntu系统中制作适配 ZYNQ_MINI 开发板的 PYNQ 镜像。

软件与系统的环境版本

• Windows 11
• VMware Workstation 17 Pro
• Ubuntu 18.04.6
• Vivado 2020.1
• PetaLinux 2020.1
• PYNQ rootfs arm v2.6.0

Ubuntu、Vivado、PetaLinux、PYNQ的版本必须与上文一致，不然可能会出现版本不适配的问题！

• Ubuntu 18.04.6 官网下载链接：https://releases.ubuntu.com/
• PYNQ rootfs arm v2.6.0 下载链接：https://discuss.pynq.io/t/i-am-looking-for-pynq-rootfs-arm-v2-6-img-download/5783 （官网里已经找不到这个古老的版本了，我是在社区里找到的，非常滴珍贵！）

---

一、vivado硬件设计

打开vivado，新建工程文件，选择器件；点击左边栏IP INTEGRATOR -> Create Block Design新建一个 bd 文件（block design），添加一个 ZYNQ 模块并进行配置。具体配置需参考手上的开发板的硬件原理图、资料，以及项目的具体需求，此处不详细展开。

为了能够控制外设，还需添加 AXI_GPIO 模块。本项目需添加两个 axi_gpio 模块，一个宽度为4位的用于控制四个 LED 灯，一个宽度为1位的用于控制 key1 按键。（双击创建的axi_gpio模块即可进入下图的设置界面）

点击左边栏 RTL ANALYSIS -> Open Elaborated Design ，打开如下界面，在底部设置 GPIO 连接外设的对应管脚。具体管脚请查看具体开发板的硬件原理图、手册等资料。

点击左边栏的 run synthesis 进行综合（一直点OK即可，综合完成后会弹窗提示要不要 run Implementation，直接点右下角 cancel 即可），点击顶部工具栏 File -> Export ，选择 Export Hardware，导出得到.xsa文件；再选择 Export Bitstream File，导出得到.bit文件。（.xsa文件在Linux系统下解压可得到一堆文件，包括.hwh、.tcl）这些文件即为描述该开发板的硬件文件，需要用 它们 + PYNQ rootfs 来制作适配该开发板的 PYNQ 镜像。

---

二、ubuntu镜像制作

打开终端，输入以下命令下载PYNQ组件：

git clone https://github.com/Xilinx/PYNQ.git
cd PYNQ
git checkout v2.6.0
git checkout -b fzu3

使用 ls 命令查看 PYNQ 文件夹内容，如下则说明下载成功：

输入 vim ~/.bashrc 命令配置环境变量，使得每次启动终端时，自动加载好制作镜像所需的环境：

其中三个 source 后的路径要根据自己下载的vivado、petalinux、vitis的路径进行更改：

export PATH="$PATH:/home/hoko/.local/lib/python3.6/site-packages"
source /home/hoko/Downloads/Vivado/2020.1/settings64.sh
source /home/hoko/Downloads/PetaLinux/2020.1/settings.sh
source /home/hoko/Downloads/Vitis/2020.1/settings64.sh
export PATH=/opt/qemu/bin:/opt/crosstool-ng/bin:$PATH

在 PYNQ/sdbuild/scripts 目录打开终端，输入 source setup_host.sh 命令设置一些环境变量和shell函数，为后续的编译工作做准备：

将 bionic.arm.2.6.0_2020_10_19.img （即前言里提到的PYNQ rootfs arm 文件）复制到 PYNQ/sdbuild/prebuilt目录下；

在 PYNQ/boards/目录下新建文件夹 fzu3
在 fzu3文件夹中新建两个文件夹 base、petalinux_bsp
在 petalinux_bsp文件夹中新建文件夹 hardware_project；

将 vivado硬件设计部分导出的 .bit 文件重命名为 base.bit ，放到 base 文件夹里；
将 .xsa 文件重命名为 fzu3.xsa ，放到 hardware_project 文件夹里；

在 fzu3文件夹中新建 fzu3.spec 文件，填入如下内容：

ARCH_fzu3 := arm
BSP_fzu3 :=
BITSTREAM_fzu3 := base/base.bit
FPGA_MANAGER_fzu3 := 1
STAGE4_PACKAGES_fzu3 := pynq ethernet

上述流程完成，在 PYNQ/sdbuild 文件夹中运行如下命令即可开始构建镜像：

make BOARDS=fzu3 PREBUILT=./prebuilt/bionic.arm.2.6.0_2020_10_19.img

但不出意外的话，构建是不会成功的 T_T，我至少构建了五次才最终成功…

  下面我将列出绝大多数文章都没有说明，是我自己上网搜索 debug 总结出来的在上述构建镜像步骤之前的细节设置（也许你不用设置也能构建成功，但下面的坑我是每个都踩了一遍…）：

• Ubuntu 系统语言设置为英文！
• Ubuntu 得连接外网，并保证流量充足，完整编译一次镜像大约要消耗10G流量！
• Ubuntu 在装好vivado、petalinux等东西之后，最好还得剩下 20G 以上的磁盘空间！
• Ubuntu 设置 sudo 免密码！
• 在下载的PYNQ文件夹中，全局搜索“ gitsm:// ”，如果有搜到，请将其更改为“ https:// ”或者“ http:// ”！（建议使用 VSCode 做这件事）

在构建之前，可以使用 make checkenv 命令对个软件环境的版本进行确认和检查，没有问题再开始构建。

如果构建过程出现bug，则debug 完成后要先运行如下命令将上次构建的镜像清除，再开始重新构建镜像：

make delete
make unmount
make clean

最后一步，God bless you！

---

三、Win32DiskImage烧写镜像

镜像制作成功后，会在 sdbuild 文件夹中生成 output 文件夹，fzu3-2.6.0.img 即为 PYNQ 镜像文件。

TF卡插入电脑，格式化之后，将 fzu3-2.6.0.img 复制到 Windows 系统下，使用 Win32DiskImager 工具将镜像烧写到TF 卡上（TF卡建议 16G 以上）。

---

四、上板启动

用网线、UART、DEBUG线将笔记本与开发板相连接，将 TF 卡插入开发板的 TF1 卡槽里，拨动拨码开关设置 BOOT 为 TF 卡启动，按电源按钮上电：

关闭 Windows 防火墙，打开 MobaXterm，使用网口和串口登录。用户默认密码是xilinx。

打开笔记本浏览器，输入网址 http://pynq，输入默认登录密码 xilinx 即可进入 jupyter notebook 开发页面，进行 python 代码的编写。本项目需要用到Overlay库对开发板的硬件进行控制，因此还要将.hwh、.bit、.tcl 文件放在 control.py 所在的文件夹目录下。注意这三个文件的命名要保持一致。

---

总结

对于 PYNQ-Z1、Z2 等常见的开发板，PYNQ官网已经给出了编译好的镜像，直接使用即可。对于该文 ZYNQ_ECO 这样的非主流板子，则需要像本文一样自己设计硬件部分，然后结合预制 PYNQ 根镜像来为板子定制一个 PYNQ 镜像。至此，该项目最难的（个人认为）为 ZYNQ_MINI 开发板量身定制一个 PYNQ 镜像的部分就完成啦！这篇博客也是得到了跟我共同完成该项目的林同学的大力支持，向他表示感谢！

有不清楚的地方，欢迎大家在评论区交流~

您的关注、点赞与收藏，是我持续创作优质博客的最大动力！

本项目系列文章：
【基于Xilinx ZYNQ7000的PYNQ框架项目】——01人脸识别项目介绍与展示

【基于xilinx Zynq7000的PYNQ框架项目】03 Socket实现开发板和电脑的实时视频传输并存储图片

【基于Xilinx ZYNQ7000的PYNQ框架项目】04开发板上运行人脸识别模型

【基于Xilinx ZYNQ7000的PYNQ框架项目】05使用Overlay库和python父子进程实现开发板按键控制LED灯流水或熄灭

我的个人主页：小黄能吃辣的CSDN主页