ZYNQ的Linux Linaro系統鏡像制作SD卡啟動

0. 概述

ZYNQ生成uboot的時候和正常的ARM設備不太一樣，ZYNQ屬於二次輔助啟動uboot然后由uboot啟動內核，大概意思就是 ZYNQ內部有一個機制，該機制不可修改，可以通過撥碼開關控制啟動方式，比如從SD卡啟動還是從QSPI啟動，SD卡中要包含uboot的鏡像信息。最大的不同就是，uboot編譯完還不可以直接使用，還需要使用Vivado設計PL，再用SDK將uboot和設計PL的文件進行合成，最終合成后的文件拷貝到SD卡，由其啟動。

我不會FPGA，本文也只概述在Linux端，SD卡如何做，如何制作一個全新的Linux系統。

映像文件BOOT.BIN一般包括：FSBL，Bitstream和SSBL這三個文件，其中Bitstream是配置PL端程序，是可選項，在我們制作Linaro系統的時候並不需要。FSBL是first stage boot loader，文件的制作需要使用Vivado環境；SSBL是Second Stage Boot Loader，這里使用的是Xilinx公司提供的u-boot。

來自參考文獻1

1. 環境和材料

1.1 開發環境

• 軟件環境：Vivado 2017.02 Linux版本

• 系統環境：Ubuntu 16.04 amd64

• 交叉編譯器： gcc-linaro-7.3-2018.05.tar.xz

  我的交叉編譯環境放在/opt/toolschain/linaro/bin/arm-linux-gnueabihf-下，我編譯的時候喜歡指定絕對編譯器路徑

1.2 准備材料

• ARM端的linux內核源碼：https://github.com/Xilinx/linux-xlnx
• ARM端的uboot源代碼：https://github.com/Xilinx/u-boot-xlnx
• ARM端的Linaro文件系統：https://releases.linaro.org/archive/12.07/ubuntu/precise-images/ubuntu-desktop/linaro-precise-ubuntu-desktop-20120723-305.tar.gz (我用的是ubuntu 12.07)

2. 制作uboot

2.1 編譯uboot

• 獲取xilinx的uboot源碼：git clone https://github.com/Xilinx/u-boot-xlnx.git

• 清除編譯：make CROSS_COMPILE=/opt/toolschain/linaro/bin/arm-linux-gnueabihf- ARCH=arm clean

• 配置板級信息：make CROSS_COMPILE=/opt/toolschain/linaro/bin/arm-linux-gnueabihf- ARCH=arm zynq_zc702_defconfig 板級信息在如圖所示位置，我的是zc701的板子，但是沒有，我就選擇一個和這個最相近的。

  

• menuconfig寫入配置信息：make CROSS_COMPILE=/opt/toolschain/linaro/bin/arm-linux-gnueabihf- ARCH=arm menuconfig

• 編譯uboot：make CROSS_COMPILE=/opt/toolschain/linaro/bin/arm-linux-gnueabihf- ARCH=arm -j8

• 編譯成功后生產的是uboot，所以需要重命名uboot： mv uboot uboot.elf

拿到uboot.elf后，留存備用，再合成最終的boot程序需要這個uboot.elf文件。

2.2 FSBL、bit文件的制作

大體流程就是：用Vivado這個軟件新建工程，然后添加ip設計，配置時鍾、配置一些Linux需要的基本外設（SD卡卡、串口、以太網等），使用wrap HDL功能生成頂層設計.v文件，然后編譯.v文件生成.bit文件，再生成硬件描述文件，launch SDK軟件，會自動生成一個工程，編譯后拿到fsbl文件。

具體過程很多博友都已經寫的很清楚了，我這里貼出一個講的比較好的，可以按照這個方法做：在未來的多核通信機制里面，PS和PL的通信，則PL文件就是這樣設計好之后然后我們重新合成uboot文件。

https://blog.csdn.net/long_fly/article/details/78643258

我們通過這樣的方式拿到vivado編譯生成的bit文件，並且在SDK里面建立了工程，生成了一個硬件平台，接下來我們獲取fsbl這個文件。fsbl文件需要在SDK里面建立一個FSBL工程，並且基於剛才我們生成的硬件平台。

建立完之后直接編譯，就可以拿到fsbl文件。

到目前位置，拿到了：

• vivado編譯生成的：bit文件
• sdk生成的：fsbl文件
• 剛剛編譯uboot生成的：uboot.elf文件

可以開始合成BOOT.bin文件了

2.3 合成BOOT.bin

這個操作還是在sdk軟件里面進行。

使用create boot image功能：

到此完成BOOT.bin的合成。

2.4 文件權限（僅限Linux開發用戶）

還有一個非常重要的事情，我試了很多次，zynq平台就是不啟動，uboot也不輸出任何的信息。這個小小的問題卡了我很久，不過在今天早上洗漱的時候，突然想到，Xilinx Vivado和SDK都是在root情況下啟動，生成BOOT.bin也是可能有權限問題。所以....

我拿到板子，然后在SD卡里面，給定sudo chmod 777 BOOT.bin 然后彈出SD卡，把SD放在ZYNQ上，居然成功啟動了。如果你是在Linux系統下，不要忘記給定BOOT.bin權限。

3 Linux內核制作

3.1 Linux內核編譯出uImage文件

• 獲取Linux內核：git clone https://github.com/Xilinx/linux-xlnx.git
• 切換到Linux內核源碼目錄，開始清理內核：make CROSS_COMPILE=/opt/toolschain/linaro/bin/arm-linux-gnueabihf- ARCH=arm clean
• 配置板級信息：make CROSS_COMPILE=/opt/toolschain/linaro/bin/arm-linux-gnueabihf- ARCH=arm xilinx_zynq_defconfig
• 使用menuconfig寫入.config文件：make CROSS_COMPILE=/opt/toolschain/linaro/bin/arm-linux-gnueabihf- ARCH=arm menuconfig 進來之后退出就行。
• 編譯內核：make CROSS_COMPILE=/opt/toolschain/linaro/bin/arm-linux-gnueabihf- ARCH=arm -j8
• 制作uImage文件：make CROSS_COMPILE=/opt/toolschain/linaro/bin/arm-linux-gnueabihf- ARCH=arm uImage LOADADDR=0x00008000
• 編譯完成后，在linux-xlnx/arch/arm/boot的uImage文件留着備用。

3.2 制作設備樹文件

在linux-xlnx/arch/arm/boot/dts目錄內新建zynq-7010.dts文件，文件內容：

/dts-v1/;
/include/ "zynq-7000.dtsi"

/ {
    model = "HLF";
    compatible = "ALINX,zynq", "xlnx,zynq-7000";

    aliases {
        ethernet0 = &gem0;
        serial0 = &uart1;
        spi0 = &qspi;
        mmc0 = &sdhci0;
    };

    memory@0 {
        device_type = "memory";
        reg = <0x0 0x20000000>;
    };

    chosen {
        bootargs = "";
        stdout-path = "serial0:115200n8";
    };

    usb_phy0: phy0 {
        compatible = "usb-nop-xceiv";
        #phy-cells = <0>;
        reset-gpios = <&gpio0 46 1>;
    };
};

&clkc {
    ps-clk-frequency = <50000000>;
};

&gem0 {
    status = "okay";
    phy-mode = "rgmii-id";
    phy-handle = <&ethernet_phy>;

    ethernet_phy: ethernet-phy@0 {
        reg = <0>;
    };
};

&qspi {
    u-boot,dm-pre-reloc;
    status = "okay";
};

切換到內核的主目錄里面：./scripts/dtc/dtc -I dts -O dtb -o ./arch/arm/boot/devicetree.dtb ./arch/arm/boot/dts/zynq-7010.dts

然后在linux-xlnx/arch/arm/boot/目錄下即可發現devicetree.dtb文件，同樣留着備用。

3.3 啟動配置文件制作uEnv.txt

隨便找個位置新建一個uEnv.txt 文件，文件內寫入boot的配置信息：

uenvcmd=run linaro_sdboot

linaro_sdboot=echo Copying Linux from SD to RAM... && \
fatload mmc 0 0x3000000 ${kernel_image} && \
fatload mmc 0 0x2A00000 ${devicetree_image} && \
if fatload mmc 0 0x2000000 ${ramdisk_image}; \
then bootm 0x3000000 0x2000000 0x2A00000; \
else bootm 0x3000000 - 0x2A00000; fi

bootargs=console=ttyPS0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw earlyprintk rootfstype=ext4 rootwait

保存，留着備用。

4 SD卡制作

准備一張空白的超過8G的SD卡，讀卡器讀取該卡，我們使用Linux系統進行格式化，Windows用戶可以通過diskgen等格式化分區的軟件制作也好。

• 查看SD卡格式化分區：sudo fdisk -l 假如查看到的SD卡是/dev/sde分區，（不要格式化錯了，在我年輕的時候我曾經把整個硬盤都格式化了，很危險的操作，看清楚是/dev/sd* 后面是c 還是d還是e還是f）。

• 進入分區管理：sudo fdisk /dev/sde

• 以下步驟按照這個OMAPL138制作SD卡啟動盤及重裝Linux系統，我的這個博客來。注意不同的是，我們建立啟動分區的大小是100M即可，創建boot的分區的類型也為Linux。

• 然后格式化boot分區：sudo mkfs.vfat -F 32 -n "boot" /dev/sde1

• 格式化rootfs分區：sudo mkfs.ext4 -L "rootfs" /dev/sde2

  到此我們完成了SD卡制作。

5 燒寫SD啟動卡

• sd卡的boot分區：使用命令將 BOOT.bin / devicetree.dtb / uImage / uEnv.txt 四個文件拷貝到boot分區。

• 解壓Linaro的文件系統： 在第一章寫的 ARM端的Linaro文件系統：linaro-precise-ubuntu-desktop-20120723-305.tar.gz 解壓到SD卡的root分區

  sudo tar --strip-components=3 -C /media/delvis/rootfs -xzpf linaro-precise-ubuntu-desktop-20120723-305.tar.gz binary/boot/filesystem.dir

• 最好找一個帶知識燈的讀卡器，解壓命令執行完了，不代表SD卡寫入完畢，如果有指示燈，指示燈不閃爍之后彈出SD卡。

到此，一個完整的Linaro系統就寫入了SD卡，將FPGA板子的boot撥碼開關撥到SD卡啟動位置，就可以看到Linaro系統啟動了。

參考文獻：

[1] long_fly, ZYNQ跑系統 系列（一） 傳統方式移植linux, 2017年11月28日

[2] 雅可, Zedboard上運行Linaro系統（二）:生成BOOT.BIN, 2016年07月26日

[3] 帶你高飛, 03-ZYNQ學習（啟動篇）之程序的固化, 2018年05月22日