Altera FPGA SoC搭建步驟

Altera SoC 官方搭建指南：

https://rocketboards.org/foswiki/Documentation/EmbeddedLinuxBeginnerSGuide

 官方文檔中除了講解搭建方法之外，還有很多原理性的介紹，感興趣的朋友可以自己閱讀。

 

准備工作：

1. 安裝Altera官方提供的IDE (Quartus 和 SoC EDS), 不需要安裝DS-5. 文檔中的工作是基於v15.0版本

2. 一塊FPGA SoC開發板。官方Guide中的硬件平台是友晶系列的DE0-Nano-SoC，但對大多Altera板子都適用

3. 一台Linux主機

4. 一張SD卡

5. 網絡可以訪問github

 

搭建步驟：

1. 生成Preloader

2.配置和編譯Bootloader (U-Boot)

3. 生成和編譯Device Tree

4. 測試系統（一）

5. 配置和編譯Linux Kernel

6. 生成Root Filesystem

7. 測試系統（二）

 

搭建方法：

1. 生成Preloader

• 下載並解壓GHRD，並解壓至某目錄： atlas_linux_ghrd.tar.gz 

tar -xvzf atlas_linux_ghrd.tar.gz

• 運行EDS配置環境變量的腳本

<path-to-soceds-tools>/embedded/embedded_command_shell.sh

• 運行BSP Editor工具：

cd atlas_linux_ghrd
bsp-editor &

將彈出如下窗口：

 

• 配置BSP Editor： 
  • File→New HPS BSP
  • 在彈出的窗口中，點擊"Preloader settings directory"右側的"..."按鈕，選擇“atlas_linux_ghrd/hps_isw_handoff/soc_system_hps_0”，然后點擊Open。完成后的界面如下圖，點擊確定：

• • 在生成的窗口中，選中"FAT_SUPPORT"，其他的使用默認，結果如下圖：

• • 點擊Generate，正常結束后點擊Exit退出。

 

• 編譯Preloader.

cd software/spl_bsp ; ls
make

編譯結束后將生成如下文件：

• • 新目錄 - “uboot-socfpga”
  • 新文件 - “preloader-mkpimage.bin”

 

2.配置和編譯Bootloader (U-Boot)

• 獲取U-Boot編譯工具: Linaro GCC toolchain for the ARMv7 instruction set，並配置其相關的環境變量

cd ..
wget https://rocketboards.org/foswiki/pub/Documentation/EmbeddedLinuxBeginnerSGuide/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-4.9-2014.09_linux.tar.xz
tar -xvf gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-4.9-2014.09_linux.tar.xz

export CROSS_COMPILE=$PWD/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-4.9-2014.09_linux/bin/arm-linux-gnueabihf-

•  獲取U-Boot源代碼，查看並切換至相應的tag：

git clone https://github.com/altera-opensource/u-boot-socfpga.git
cd u-boot-socfpga

git tag -l rel* git tag -l ACDS* git checkout rel_socfpga_v2013.01.01_15.09.01_pr

 

• Clean U-Boot目錄

make mrproper

 

• 編譯U-Boot

make socfpga_cyclone5_config
make

 

• 創建boot腳本。在software目錄下，新建boot.script文件，並寫入如下內容：

echo -- Programming FPGA --
fatload mmc 0:1 $fpgadata soc_system.rbf; fpga load 0 $fpgadata $filesize; run bridge_enable_handoff; echo -- Setting Env Variables -- setenv fdtimage soc_system.dtb; setenv mmcroot /dev/mmcblk0p2; setenv mmcload 'mmc rescan;${mmcloadcmd} mmc 0:${mmcloadpart} ${loadaddr} ${bootimage};${mmcloadcmd} mmc 0:${mmcloadpart} ${fdtaddr} ${fdtimage};'; setenv mmcboot 'setenv bootargs console=ttyS0,115200 root=${mmcroot} rw rootwait; bootz ${loadaddr} - ${fdtaddr}'; run mmcload; run mmcboot;

• 編譯boot腳本

mkimage -A arm -O linux -T script -C none -a 0 -e 0 -n "Boot Script Name" -d boot.script u-boot.scr

 編譯結束后，將生成"u-boot.scr"文件

 

3. 生成和編譯Device Tree

• 生成Device Tree所需的board xml文件已經存在了。在"atlas_linux_ghrd"目錄下，運行如下命令：

sopc2dts --input soc_system.sopcinfo\ 
  --output soc_system.dts\ --type dts\ --board soc_system_board_info.xml\ --board hps_common_board_info.xml\ --bridge-removal all\ --clocks

 

• 編譯Device Tree源代碼；

dtc -I dts -O dtb -o soc_system.dtb soc_system.dts

編譯結束后，將生成二進制文件："soc_system.dtb"。

 

4. 測試系統（一）

Preloader和U-Boot已經生成。我們首先，以測試preloader和bootloader編譯和燒寫成功。

• 制作SD Card image, 生成空值組成的sdcard.img

sudo dd if=/dev/zero of=sdcard.img bs=512M count=1

 

• 虛擬回環設備(loop device)，並獲取回環設備名。紅色的X表示不同的環境下可能會有不同，在我的環境下，X=0，即我得到的結果是"/dev/loop0"。

sudo losetup –-show –f sdcard.img
/dev/loopX

 

• 使用fdisk命令對該回環設備關聯的sdcard.img進行分區

sudo fdisk /dev/loopX
-- fdisk welcome message – Command (m for help):

 

首先確認，當前sd卡上沒有分區：

 

創建分區3，用來存儲preloader image，相應的配置信息如下：

轉換分區類型為'a2'

 

創建分區2,用來存放Linux root文件系統，相應的配置信息如下，且不需要進行分區類型轉換：

創建分區1，用來存放啟動文件：相應的配置信息如下：

轉換分區類型為FAT：

最終的分區信息如下圖：

確認無誤后，使用"w"命令退出，忽略下圖中的錯誤信息。

 

•  Kernel對上述改動尚未生效，正如上圖中最后一樣的提示。Reboot，或者使用"partprobe"命令，使上述改動生效。

sudo partprobe /dev/loopX

• 生成文件系統：

preloader寫入分區3：

sudo dd if=software/spl_bsp/preloader-mkpimage.bin of=/dev/loopXp3 bs=64k seek=0

 

 格式化分區1，成為FAT文件系統：

sudo mkfs –t vfat /dev/loopXp1

 

格式化分區2，成為ext4文件系統： 

sudo mkfs.ext4 /dev/loopXp2

 

 掛載分區1(FAT文件系統)，並將拷入之前生成的"u-boot.img", "u-boot.scr"和FPGA的燒寫文件"soc_system.rbf".

mkdir temp_mount
sudo mount /dev/loopXp1 ./temp_mount sudo cp software/u-boot-socfpga/u-boot.img software/u-boot.scr soc_system.dtb soc_system.rbf temp_mount sync sudo umount temp_mount

 

•  燒寫SD卡

sudo dd if=sdcard.img of=/dev/XXX bs=2048
sync

 

•  將SD卡插入FPGA，開機，通過串口調試工具如minicom進行調試，結果是SoC的preloader和bootloader正常啟動，但因為我們還沒有制作linux kernel和root filesystem, 系統提示如下錯誤：

 

5. 配置和編譯Linux Kernel

• 獲取Linux Kernel源代碼，並切換到相應的release:

cd software
git clone https://github.com/altera-opensource/linux-socfpga.git
cd linux-socfpga git tag –l rel* git checkout rel_socfpga-4.1_15.09.01_pr

 

• 配置Linux Kernel，運行環境變量配置腳本，確保新打開的shell的環境變量配置正確：

export CROSS_COMPILE=$PWD/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-4.9-2014.09_linux/bin/arm-linux-gnueabihf-
<path-to-soceds-tools>/embedded/embedded_command_shell.sh
make ARCH=arm socfpga_defconfig

 

•  安裝圖形化的kernel配置工具：

sudo apt-get install libncurses5-dev
make ARCH=arm menuconfig

•  在打開的圖形界面里，需要改動2個地方。1. 主菜單進入“General Setup”，取消 “Automatically append version information to the version string”  2. 主菜單進入“Enable the block layer”，選中 “Support for large (2TB+) block devices and files”。然后save到默認的.config文件。
• 編譯Linux Kernel (zImage): 

make ARCH=arm LOCALVERSION= zImage

 注意，"LOCALVERSION=" 后面是空格

 

6. 生成Root Filesystem

• 運行環境變量配置腳本，確保新打開的shell的環境變量配置正確：

export CROSS_COMPILE=$PWD/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-4.9-2014.09_linux/bin/arm-linux-gnueabihf-

<path-to-soceds-tools>/embedded/embedded_command_shell.sh

 

• 獲取buildroot代碼 (Guide中給的地址已經打不開了，自己搜索了buildroot在github上的代碼)

cd software
git clone https://github.com/buildroot/buildroot

 

• 切換到兼容Linaro 2014.09 toolchain的版本：

cd buildroot
git checkout 2015.08.x cd ..

 

• 打開配置窗口：

make -C buildroot ARCH=ARM BR2_TOOLCHAIN_EXTERNAL_PATH=$(pwd)/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-4.9-2014.09_linux nconfig

• 配置Target Options：
  • 在"Target Architecture"選項中，選擇"ARM (little endian)"
  • 在"Target Architecture variant"選項中，選中 "cortex-A9"
  • 在"Target ABI"選項中， 選中"EABIhf"
  • Enable “NEON SIMD extension support” 
  • 在“Floating point strategy”選項中， 選中"NEON"
  •  “Target Binary Format” and “ARM Instruction set” 選項保持默認。
• 配置Toolchain：
  • 在“Toolchain type”選項中， 選中 “External toolchain”
  • 確保  “Toolchain” 選項中，選中 “Linaro ARM 2014.09”. 
  • 在“Toolchain origin”選項中， 選中 “Pre-installed toolchain”
  • 忽略"toolchain path"
  • Enable “copy gdb server to the Target”
  • 其他選項保持默認
• 配置System configuration：
  • 配置hostname
  • 配置root password
• 配置Kernel:
  • 去掉“Linux Kernel” 選項的選中狀態
• 配置Target packages 
  • 在 “Debugging, profiling and benchmark”選項中, 拖動滾動條到底部並選中 “valgrind”
• 配置結束，F6保存並退出。
• 配置Busy Box

make –C buildroot busybox-menuconfig

在打開的配置窗口中，不做改變保存即可。

• 編譯Root Filesystem:

make -C buildroot BR2_TOOLCHAIN_EXTERNAL_PATH=$(pwd)/gcc-linaro-arm-linux-gnueabihf-4.9-2014.09_linux all

 

7. 測試系統2

將編譯好的Linux Kernel 拷入SD,並解壓Root Filesystem。之后開機登陸root。

sudo cp linux-socfpga/arch/arm/boot/zImage <mount point that lsblk tells you, remember the FAT partition is the 256M one>

sudo tar –xvf buildroot/output/images/rootfs.tar –C <mount point of your ext4 partition, it’s the 254M one>
sync

 

 

備份：

1. 一切工作開始前，調整SoC的MSEL開關，至Fast Passive Parallel x16模式，

2. GHRD代表 Golden Hardware Reference Design，它是包含了很多基本功能模塊的硬件設計，我們可以用它作為設計參考。

3. 在生成preloader時，我碰到一個找不到二進制文件的錯誤，但實際上需要的二進制文件已經存在了。問題的原因是編譯出的二進制文件是32位的文件，而我的主機用的是64位的Linux。安裝32位兼容庫即可解決：

sudo apt-get install lib32ncurses5

4. 在生成bootloader時，缺少庫文件libz.so.1和工具包，安裝之：

sudo apt-get install lib32z1
sudo apt-get install u-boot-tools