S04_CH01_搭建工程移植LINUX/測試EMMC/VGA
1.1概述：
本章內容是在已經提供安裝了VIVADO2015.4 的ubuntu系統下，進行。大家可以下周我們已經提供的虛擬機鏡像，我們提供的虛擬機鏡像是安裝了VIVADO的ubuntu系統，系統版本是ubuntu14.04。
主要完成的內容如下：
1)、利用VIVADO搭建VDMA Frambuffer 工程 修改VTG IP模塊 支持1024X600分辨率（主要考慮支持7寸HDMI液晶顯示器）
2)、產生FSBL文件
3)、環境變量的批量設置
4)、基於linux kernel部分zynq_zed.dts(miz702n需要使用到)/zynq_zybo(miz701n需要使用到) 修改設備樹
5)、修改kernel其他文件
6)、通過menuconfig 向導配置 frambuffer驅動
7)、編譯kernel、編譯uboot
8)、測試顯示器輸出和串口打印信息
9)、測試讀EMMC內存、寫EMMC內存、讀寫EMMC內存
10)、測試frambuffer應用程序
1.2 LINUX開發環境搭建
1.2.1虛擬機環境配置（提供下載虛擬機已經完成）
Step1:
本例程的工作環境（包括 FPGA及嵌入式 Linux的開發）是在 ubuntu14.04 操作系統下完成，對於 其它 Linux操作系統可能需要解決相關包的依賴問題。
Step2:
例子放在/mnt/workspace/linux目錄下，讀者可以在該目錄下正確編譯、運行。而 /mnt/workspace/linux目錄是為讀者實驗准備的。
Step3:
單擊桌面上的控制台或者（ctrl+alt+T）即可打開命令行，然后輸入 su，根據提示輸入root密碼即可切換到 root用 戶。
Step4:
對於新安裝的ubuntu操作系統需要命令行下運行一下scripts目錄下的 fix_xilinx_deps.sh腳本， 該腳本主要是解決編譯 u-boot、kernel源碼等所需要的包依賴。而提供的虛擬機已經解決了這些問題。 # /mnt/workspace/linux/scripts/fix_xilinx_deps.sh
注意：開機的時候可能系統會提示正在檢查更新（如 ），此時可以打開圖 示的有個勾的那個圖標，然后點擊 Install Updates，待其完成更新后再運行該腳本（如下圖所示）。當 然，在平時的開發過程中，可以在打開虛擬機之前，禁止網絡功能，提供的虛擬機已經禁止了。
Step5:
對於 Vivado開發工具的安裝，將下載的壓縮包解壓后，從命令行進入該目錄，執行 xsetup即可像在 Windows一樣安裝。注意：為減少虛擬機所占用硬盤空間，虛擬機里提供的開發套件是直接將本人PC中安裝好的 Vivado和 SDK等復制到/mnt/workspace/toolchains目錄中的，這里不提供全新安裝 Vivado的步驟，若需要幫助的話，可以通過郵件聯系我。
Step6:
本開發使用的是 Vivado開發套件里提供的交叉編譯器，無須再安裝其它交叉編譯器。 Step7:
整個開發過程主要使用腳本進行操作，故在每次開發前，需要執行如下圖所示操作來設置好環境變量。如果需要支持新的開發板時，只需要建立新的目錄（如 miz702等），然后把 scripts復制到新的目 錄中，修改相關設置（如 uboot版本等），十分方便。
1.2.2下載資源
使用 get_xilinx_sources.sh腳本下載 uboot、kernel、device tree等源碼及 ramdisk到 packages目錄中，並 解壓 uboot和 kernel等源碼。若需要更改源碼的版本，則打開 get_xilinx_sources.sh文件后，修改相應的 設置即可。當網絡不是很好時，可以直接壓縮包目錄中的包復制到 packages目錄下即可。
1.3 VIVADO 工程的搭建
計 FPGA 這部分相信讀者已經相當熟悉了，這里只是對工程里的一些關鍵地方進行說明。在命令行下切換到/mnt/workspace/MIZ702N(工程目錄讀者可以自己指定)目錄下，通過輸入 vivado即可打開 vivado工具。
此工程可以在WINDOWS或者LINUX下使用。建議初學者WINDOWS下使用。
1.3.1 VIVADO 硬件工程構架
MIZ701N
MIZ702/MIZ702N
1.3.2 時鍾設置
Step1： 雙擊ZYNQ CPU IP 進行如下步驟設置：MIZ702和MIZ702N的輸入時鍾是333.333333MHZ
Step2：MIZ701N PS的輸入時鍾是50MHZ
Step3：PS的PLL提供本系統的時鍾100MHZ
Step4：MIZ702的開發板采用的是單片256MB的MT41K128M16JI-125
Step5：MIZ701N和MIZ702N的內存型號一樣，都是單片512MB的MT41K256M16RE-125
Step6：啟動1路HP接口，HP接口是ZYNQ個高速數據接口
Step7:勾選PL到PS的中斷資源（關於中斷，在第二季的課程中有詳細講解，不熟悉的讀者可以到第二季課程中溫習一下）
Step8:增加必要的外設，包括ENET0以太網接口、USB_0 USB接口、SD0 TF卡接口、SD1 EMMC接口、UART1串口。
Step9:設置完成后單擊OK
Step10:雙擊VDMA IP 由於只使用了VDMA讀通道設置如下：
Step11:雙擊PLL時鍾IP
MIZ701N PLL時鍾設置
MIZ702/MIZ702N PLL時鍾設置
Step13:修改VTC 顯示時序發生IP參數符合1024X600分辨率
1.4 PS設置
1.4.1 PS SDK測試顯示器輸出
新建Display_VMDA_Test空的工程，為了測試在裸機下圖形系統顯示正確，編寫SDK測試代碼main.c函數以及其他必要函數。
| /* *南京米聯電子科技有限公司 *www.milinker.com *www.osrc.cn *test display Copyright (c) 2009-2012 Xilinx, Inc. All rights reserved. */ #include "xaxivdma.h" #include "xaxivdma_i.h" #include "sleep.h" #define DDR_BASEADDR 0x00000000 #define VDMA_BASEADDR XPAR_AXI_VDMA_0_BASEADDR #define H_STRIDE 1024 #define H_ACTIVE 1024 #define V_ACTIVE 600 #define pi 3.14159265358 #define COUNTS_PER_SECOND (XPAR_CPU_CORTEXA9_CORE_CLOCK_FREQ_HZ)/64 #define VIDEO_LENGTH (H_STRIDE*V_ACTIVE) #define VIDEO_BASEADDR0 DDR_BASEADDR + 0x2000000 #define VIDEO_BASEADDR1 DDR_BASEADDR + 0x3000000 #define VIDEO_BASEADDR2 DDR_BASEADDR + 0x4000000 u32 *BufferPtr[3]; unsigned int srcBuffer = (XPAR_PS7_DDR_0_S_AXI_BASEADDR + 0x1000000); int run_triple_frame_buffer(XAxiVdma* InstancePtr, int DeviceId, int hsize, int vsize, int buf_base_addr, int number_frame_count, int enable_frm_cnt_intr); //函數聲明 void Xil_DCacheFlush(void); // 所有數據格式 為 RGBA，低位的透明度暫不起作用 extern const unsigned char gImage_beauty[1729536]; extern const unsigned char gImage_mm[1228800]; extern const unsigned char gImage_miz702[600000]; extern const unsigned char gImage_miz702_rgba[600000]; void show_img(u32 x, u32 y, u32 disp_base_addr, const unsigned char * addr, u32 size_x, u32 size_y) { //計算圖片 左上角坐標 u32 i=0; u32 j=0; u32 r,g,b; u32 start_addr=disp_base_addr; start_addr = disp_base_addr + 4*x + y*4*H_STRIDE; for(j=0;j<size_y;j++) { for(i=0;i<size_x;i++) { b = *(addr+(i+j*size_x)*4+1); g = *(addr+(i+j*size_x)*4+2); r = *(addr+(i+j*size_x)*4+3); Xil_Out32((start_addr+(i+j*H_STRIDE)*4),((r<<16)|(g<<8)|(b<<0)|0x0)); } } Xil_DCacheFlush(); } int main(void) { u32 i; //Xil_DCacheFlush(); xil_printf("Starting the first VDMA \n\r"); //VDMA configurateAXI VDMA0 /*****************往DDR寫數據設置**********************/ //Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x030), 0x00000003);// enable circular mode //Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x0AC), VIDEO_BASEADDR0); // start address //Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x0B0), VIDEO_BASEADDR1); // start address //Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x0B4), VIDEO_BASEADDR2); // start address //Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x0A8), (H_STRIDE*4)); // h offset (640 * 4) bytes //Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x0A4), (H_ACTIVE*4)); // h size (640 * 4) bytes //Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x0A0), V_ACTIVE); // v size (480) /*****************從DDR讀數據設置**********************/ Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x000), 0x00000003); // enable circular mode Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x05c), VIDEO_BASEADDR0); // start address Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x060), VIDEO_BASEADDR0); // start address Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x064), VIDEO_BASEADDR0); // start address Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x058), (H_STRIDE*4)); // h offset (640 * 4) bytes Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x054), (H_ACTIVE*4)); // h size (640 * 4) bytes Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x050), V_ACTIVE); // v size (480) for(i=0;i<614400;i++) { Xil_Out32(VIDEO_BASEADDR0+i,0); } while(1) { show_img(0,0,VIDEO_BASEADDR0,&gImage_beauty[0],563,600); sleep(5); show_img(0,0,VIDEO_BASEADDR0,&gImage_miz702_rgba[0],375,400); sleep(5); } return 0; } |
1.4.2測試效果 缺圖
1.4.3 新建FSBL工程
產生的fsbl.elf 后面將用於參數BOOT.BIN文件
1.4.4產生設備樹
Step1:首先解壓 device-tree-xlnx-xilinx-v2015.4.tar.gz，然后打開 Xilinx Tools→Repositories將剛 才解壓的目錄包含進來。
Step2:打開 File→New→Board Support Package創建,其它彈出窗口按默認設置即可
Step3:在該工程中，zynq-7000.dtsi文件是 Xilinx提供給所有 zynq-7000開發板使用的，只所有的 status都 設置為”disabled”，而 system.dts里根據板子上的具體實現，修改設備樹使其可以正常工作。pl.dtsi文件 是 FPGA里使用的 IP對應的設備樹。
1.5編譯 u-boot、kernel、設備樹和文件系統
1.5.1批處理文件
這里使用 xilinx在 github上提供的 u-boot和 kernel源碼，在 Wiki上提供的文件系統（當然，也可以直 接使用 buildroot自己匹配根文件系統，該方法簡單快捷，不用再去解決什么依賴問題，但好像國內很 少有人這么干，他們都把 busybox等模塊一個個搭建起來）。 1、配置 uboot和編譯 uboot自帶的工具，為編譯 kernel提供 mkimage工具的支持。注意，由於編譯新 版本的 uboot需要 openssl和 dtc的支持，這里呢，在系統里已經安裝好了 openssl，而 dtc則利用 kernel 里自帶的，所以這一步做完，我們將直接編譯內核，等編譯完內核后再來編譯 uboot。注意： cfg_bootloader.sh可以在任意目錄下使用，而 make tools只能在 bootloader目錄下使用，bootloader就是 我們存放 uboot源碼的地方。(注意：這部分僅在恢復配置文件至 Xilinx提供的配置時用，在自己修改完配置之后，除了需要恢復配置文件外，請謹慎使用這兩條命令) 。
Step1:運行setup_env.sh批處理文件(管理員模式下的密碼為root)
Step2:運行cfg_bootloader.sh批處理文件
Step2:運行make tools處理命令（執行的是清理工作，重置配置時候使用）
Step3:配置內核(注意：這部分僅在恢復配置文件至 Xilinx提供的配置時用，在自己修改完配置之后，除了需要恢復配 置文件外，請謹慎使用這條命令)
1.5.2 修改設備樹
Step1:由於各種開發板可以參考zedboard的配置設備參數，因此我們可以修改已經存在的相關文件，來滿足我們的自定義需求打開/mnt/workspace/linux/kernel/arch/arm/boot/dts/zynq-zed.dts
Step2:修改 bootargs信息 啟動參數 bootargs是傳遞給 kernel的參數。Console是一個輸出系統管理信息的文本輸出設備，這些信 息來自於內核，系統啟動和系統用戶，其中 console=ttyPS0,115200用來設置串口作為輸出終端設備，是 這些信息可以通過串口在遠程的終端上顯示。而 console=tty0則是設置顯示器作為輸出終端。
如果想屏幕永不休眠，則在啟動參數 bootargs中增加 consoleblank=0，網絡上大部分是講修改內核源碼， 但我覺得這種方法才是最方便，且符合一個內核適合多種產品的思想。 其它參數讀者應該也知道是什么意思，這里也就不多講了。
Step3:添加 vdma和 framebuffer設備樹節點，注意：這里是添加到根節點。筆者覺得，arm linux引進設備樹，比以前版本的做法好很多，只是驅動里需要設備樹提供哪些參數， 在 Linux文檔里沒有很好的說明，或者是驅動里所需要的參數改變了，而文檔又沒有及時更新，這部分 是 linux的不足之處。所以，開發 Linux過程中，最好還是以源碼為中心。設備樹這部分是參考之前在 SDK里產生的設備樹和內核里相關文檔，在閱讀 vdma等驅動源碼后，修改而來的，並不是說 SDK里 產生的設備樹直接搬來就可以正常使用。
Step4:修改 SD卡和 emmc設備樹節點
這部分直接將之前在 SDK里產生的設備樹復制過來就可以正常使用。總的來說，對於 PS的外設，其 硬件是固定的，驅動也基本不會有太大的變化，故基本上是可以直接搬來就可以用，但也有例外，如果 USB，SDK里並不知道你要當 host或者 otg來使用，所以需要做些小修改。而對於 PL中使用的 IP，其 硬件和驅動經常有變化，SDK里產生的設備樹不能直接拿來使用。
1.5.3 添加 framebuffer驅動
Step1:把vdmafb.c文件復制到 /mnt/workspace/linux/kernel/drivers/video/fbdev 目錄下，對於驅動這部分，主要還是要看源碼，注意， 該驅動僅支持 640x480分辨率，若需要支持其它分辨率，需要修改和調試相關源碼。
Step2:打開/mnt/workspace/linux/kernel/drivers/video/fbdev目錄下的 Makefile文件，當然也可以用其它 文本編輯器。
找到 CONFIG_FB_XILINX，在其下方添加 obj-$(CONFIG_FB_VDMA)+= vdmafb.o。讀者可以直接復制筆者提供的開發包中的修改好的文件。
Step3:打開/mnt/workspace/linux/kernel/drivers/video/fbdev目錄下的 Kconfig文件：
找到 FB_XILINX，在其下方添加以下信息。讀者可以直接復制筆者提供的開發包中的修改好的文件。
Step4:打開/mnt/workspace/linux/kernel/drivers目錄下的 Makefile文件,找到 obj-y += video/ 讀者可以直接復制筆者提供的開發包中的修改好的文件。
把它剪切並粘貼到
Step5:回到 kernel目錄下，執行 make menuconfig，配置 kernel。
按向下方向鍵找到 Device Drivers，按回車鍵進入
按向下方向鍵找到 Graphics support，按回車鍵進入
按向下方向鍵找到 Bootup logo，按空格鍵選擇
按向上方向鍵找到 Frame buffer Devices，按回車鍵選擇
至此已經完成 linux kernel的配置，按向左方向鍵至<Exit>，再按回車鍵返回上一級菜單
直到看到以下窗口，按<Yes>保存。
1.5.4執行mk_kernel.sh編譯內核
1.5.5執行mk_bootloader.sh編譯uboot
1.5.6制作UBOOT.BIN
Step1:把system_wrapper.bit 和 fsbl.elf復制到 output/target/目錄下。
Step2:執行mk_sd_image.sh打包從 SD啟動所需要的文件
Step3:至此系統部分已經完成，復制linux/image/sd_images文件下文件到TF卡測試移植好的LINUX系統。
1.6 EMMC 8GB內存測試(MIZ702不支持)
Step1:從系統的啟動信息可以看到，系統已經發現 mmc0（即 SD卡）和 mmc1（即 emmc),而且列出了 SD 卡為 7.41GB，而 emmc為 7.20GB
Step2:給 eMMC分區 當然，如果只分為一個分區的話，其它也可以不分區。在命令行下運行 fdisk /dev/mmcblk1來對 emmc 進行分區。這里需要注意，確認有沒有 SD卡插入，也就是說確認當前 eMMC是/dev/mmcblk1還是 /dev/mmcblk0，還有對於有多個分區的，可能存在/dev/mmcblk0p1、/dev/mmcblk0p2等等。
Step3:將分區格式化為 ext2格式 能格式化為什么格式，如 ext2、ext3、nfts、fat32，這些都跟系統的定制有關
Step4:測試 emmc的性能
在 Linux下，既可以使用 dd命令來低格 U盤等，也可以用來復制文件（類似於 windows下的 ghost功 能），當然也可以用來測試硬盤等的性能，雖然沒有專業軟件的測試得准確，但用來對比性能已經足夠 了。對於/dev/zero和/dev/null兩個設備的說明，可以百度一下
Step4.1寫性能
下面使用 dd命令將從/dev/zero設備中產生一個 1GB的文件寫入到 emmc：
Step4.2讀性能
下面使用 dd命令將 1GB的文件寫入到/dev/null設備中：
Step4.3讀寫性能
下面使用 dd命令將 emmc中的一個 1GB的文件寫入到 emmc的另外一個文件
1.7 測試 framebuffer
Step1:將虛擬機/mnt/workspace/linux/framebuffer目錄下的測試程序（源代碼也在該目錄里）復制到 SD 卡上，然后給開發板上電。在 Windows下打開串口終端putty
軟件。
Step2:切換到 sd卡目錄下（比如 mount /dev/mmcblk0p1 /mnt, cd /mnt），然后運行./framebuffer，在串口終端 會顯示 以下信息。
Step3:在屏幕上會顯示以下信息