基于zynq7020器件來搭建Linux系統

Zynq器件將arm和FPGA結合，利用了兩者各自的優勢，arm可以實現靈活的控制，而FPGA部分可以實現算法加速，這大大擴展了zynq的應用。比如深度學習加速，圖像處理等等。PL側表示FPGA的邏輯部分，PS側為arm端以及一些AXI接口控制部分，二者實際上通過AXI接口實現通信和互聯。PS可以通過AXI來對PL邏輯部分進行配置和控制，PL側通過AXI和PS進行數據交互。本章基于zynq7020器件來搭建Linux系統，描述搭建Linux系統過程中PL側的配置以及對u-boot，kenel，桌面系統的配置和編輯。

vivado工程創建

本文使用的是黑金的zynq7020開發板。搭建一個最基本的linux系統需要以下基本配置：

1）arm核的添加和配置。

打開vivado，新建工程。然后創建block，添加zynq processing system。圖中iic是后邊在開發IIC驅動時添加的，最基本的linux系統可以不適用IIC。

圖1.1 添加zynq系統

2） bankIO電壓設置。

根據原理圖設置bank IO的電壓。如圖1.2所示。SD卡配置。

Linux系統安裝在SD卡中，所以需要完成SD卡配置，根據原理圖選擇SD卡的使用引腳。

圖1.2 IO電壓和SD卡配置

3） UART口配置。

需要用到串口進行調試，所以配置串口MIO引腳。

圖1.3 串口引腳配置

4） DDR配置。

內存是必須的。這里面已經有內存型號供你選擇，不需要在對DDR參數做配置，只選擇MT41J256M16RE-125就行了。

圖1.4 DDR配置

這樣就完成了一個Linux系統啟動需要的最基本配置。接下來對工程進行綜合和實現，生成bit，并在file菜單項中選擇export/export hardware，選擇include bitstream，點積OK就生成了linux系統需要的硬件工程。

接下來還需要生成啟動u-boot的fsbl。這里簡單說一下linux系統啟動的基本過程：

FSBL（完成IO電壓，SD卡，UART等硬件的檢測和基本配置，然后啟動u-boot。）->U-boot（這個主要完成arm硬件的一些更進一步檢測和配置，然后去啟動kernel）->kernel（這個是linux系統需要的所有驅動）->文件系統。

我們launch SDK，打開SDK生成fsbl和需要的設備樹。

New->application project->zynq FSBL，然后進行編譯，就生成了fsbl.elf文件。如果我們也已經生成了u-boot文件，就可以用SDK來制作boot.bin。我們可以選擇fsbl的工程，右鍵create boot image，然后選擇u-boot的路徑，partition type選擇dtafile。然后create image就會生成boot.bin了。我們在fsbl工程目錄中的bootimage文件夾下看到boot.bin。

圖1.5 選擇u-boot路徑

生成devicetree需要zynq的基本divecetree文件，可以在git上下載：https://github.com/Xilinx/device-tree-xlnx。下載的設備樹文件添加到SDK中的repositories中：

圖1.6 添加設備樹文件來生成設備樹

然后new->board support package project->device_tree，這樣就生成了設備樹源文件。源文件有以下幾個：

Zynq-7000.dtsi，這個是zynq-7000的默認硬件配置，通常不需要修改。

pcw.dtsi，這個文件是針對自己的硬件平臺進行進一步配置的。比如在zynq-7000中sdhci都是不使能的，在pcw.dtsi中就需要進行使能，并配置sdhci0的statue為okay。

System-top.dtsi，其配置一些別名，并配置chosen，這個主要是選擇在啟動硬件的時候如何和操作系統進行通信，比如stdout-path選擇boot輸出介質，一般都是串口輸出。

用這三個文件就可以了。

圖1.7 設備樹源文件生成

以上就完成了linux系統啟動的硬件工程搭建，設備樹產生，以及fsbl產生。

u-boot編譯

下載u-boot源碼：https://github.com/Xilinx/u-boot-xlnx。

主要配置u-boot中的./configs/*_defconfig文件，這個主要是對arm端硬件進行配置。這里我們就使用zynq_zc702_defconfig，當然這里可以修改默認設備樹文件和board_name. 比如將defconfig文件命名為board_name_defconfig，相應有文件./include/configs/board_name.h來描述板卡信息。

然后在./include/configs中復制一份zynq_zc70x.h為你想要的板級名稱。這個時候我們需要修改zynq_common.h中的配置。由于我們的文件系統在SD卡的第二分區，所以需要修改宏定義：CONFIG_EXTRA_ENV_SETTINGS，去除了ramdisk的啟動。

然后建立uEnv.txt，在其中設置環境變量。如圖2.3所示。指定了文件系統所在位置為SD卡分區2。文件系統格式為ext3。

圖2.1 defconfig文件，紅框可以修改成為你的板卡的名字和設備樹名字

圖2.2 sdboot變量修改前和修改后

圖2.3 uEnv.txt中設置

接下來就是編譯u-boot了。需要用到交叉編譯工具arm-xilinx-linux-gnueabi。目前的vivado工具中已經沒有這個交叉編譯工具了，可以到網上下載這個工具鏈。然后export PATH=$PATH: dir/bin?？梢栽贛akefile中設置默認的編譯工具：

圖2.4 Makefile中設置編譯工具

然后make board_name_defconfig進行配置，最后make就可以編譯出u-boot了。根目錄下的u-boot.elf正是我們需要的文件，用于合成boot.bin。在1節中已經介紹了。

編譯kernel

Kernel可以到git上下載，kernel包含所有的驅動，如果進行驅動修改的話，可以在其中進行配置。比如篩選某些驅動。通常開發新的驅動，并不需要在其中進行修改。因為驅動可以通過命令行在系統啟動后動態加載。所以只僅僅對驅動編譯就行了，在Makefile中添加編譯工具，這個核u-boot一樣。然后make uImage LOADADDR=0x00008000就可以了。編譯完成后再arch/arm/boot中產生uImage，這個是我們要用到的內核文件。

設備樹文件的編譯也很簡單，就是通過設備樹編譯工具dtc將dtsi文件編為dtc文件就行了，這里注意dtc文件名稱要和在u-boot中zynq-common.h中的設備樹文件名稱一樣。通常都為devicetree。編譯命令為：

dtc –I dtx –O dtb –o devicetree.dtb your.dts

文件系統可以使用linaro Ubuntu文件系統，從網上下載，解壓。這個時候需要對SD卡進行分區，1區為fat格式，有200M就夠了，存放boot.bin，uImage，devicetree.dtb，uEnv.txt文件。第二區用ext3格式，存放linaro Ubuntu文件系統。

linux系統啟動過程