Xilinx zynq-7000系列FPGA移植Linux操作系統詳細教程

一：前言

最近手上壓了一塊米聯客的Miz7035，一塊xilinx zynq-7000系列的開發板，想著正好學習一下linux在ARM9上的移植，網上基本都是ZC702、zed的教程，這對於買了非標準板的人來說就不太友好，很多文件都不知道是怎麼生成的。本著學習加分享的心態，把這兩天移植linux的過程寫下來，儘可能詳細。驅動和系統移植不是我的專長，很多地方我也是知其然不知其所以然，寫得不對的地方歡迎指正。

二：前期準備 

1、一臺安裝好linux系統的主機，我安裝的是centos7.2.

2、一塊zynq-7000系列的FPGA開發板，我手上的是米聯客miz7035，其他zynq系列一樣通用。

3、vivado開發環境，我安裝的2018.2版本

4、u-boot，device-tree，kernel下載。地址分別是：https://github.com/Xilinx/u-boot-xlnx （u-boot）、https://github.com/Xilinx/linux-xlnx（kernel）、https://github.com/Xilinx/device-tree-xlnx（device-tree）。

5、根文件系統，這裡我裂牆推薦Debian，Debian這個Linux系統，底層非常穩定，內核和記憶體的占用都非常小，下載地址：https://pan.baidu.com/s/1eHmjGd-dTtgnITjG2D3CYA

三：操作步驟

1.設置交叉編譯環境

因為最終運行在arm9上，所以uboot、內核，文件系統編譯都需要用arm-linux交叉編譯工具，zynq2000使用的是arm-linux-gnueabihf，交叉編譯工具可以從網上單獨下載，也可直接使用vivado自帶的交叉編譯工具。使用方法也很簡單

source /opt/Xilinx/SDK/2018.2/settings64.sh

或者

gedit /opt/Xilinx/SDK/2018.2/.settings64-SDK_Core_Tools.sh

將該文件中的內容全部複製到bashrc，更新環境變數，這樣在新的終端中打開，環境變數也不會消失。

2.u-boot編譯

進入u-boot文件夾，

make distclean  //清除配置文件和編譯中間結果
make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- zynq_mz7x_defconfig //重新配置，生成makefile，具體板子不一樣，在U-Boot/configs文件夾下
make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- tools  //編譯開發所需要的工具
make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-  //編譯，完成後生成一個elf文件u-boot，uboot.bin,u-boot.srec等文件

最後把編譯生成的u-boot尾碼改成.elf,連同u-boot.img和spl/boot.bin,一共三個文件拷貝出來。

3.kernel內核編譯

export PATH=${YOUR_UBOOT_DIR}/tools:$PATH  //編譯內核如果要生成uImage，則需要用到mkimage工具，該工具在u-boot/tools下有提供

make distclean //清除配置文件和編譯中間結果
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- xilinx_mz7x_defconfig  //重新配置，生成makefile 
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- prepare scripts  //編譯開發所需要的工具
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- UIMAGE_LOADADDR=0x8000 uImage  //編譯內核，且生成uImage

 最後把{KERNEL_DIR}/arch/arm/boot/zImage，{KERNEL_DIR}/arch/arm/boot/uImage拷貝出來。

    # zImage  - compressed kernel image
    # uImage  - zImage plus U-Boot header
uImage是在zImage之前加上一個長度為0x40的“頭”，說明這個映像文件的類型、載入位置、生成時間、大小等信息。換句話說，如果直接從uImage的0x40位置開始執行，zImage和uImage沒有任何區別。

4、設備樹編譯

 經過內核編譯，在kernel文件夾下script/dtc中有編譯好的設備樹編譯工具

cd kernel/scripts/dtc
./dtc -I dts -O dtb -o devicetree.dtb /FPGA工程目錄/SDK目錄/device_tree_bsp_0/system-top.dts //dts為sdx工程中生成，編譯後在當前目錄下生成一個名為devicetree.dtb)。

5. 編譯並安裝內核模塊，更新文件系統

本文提供的rootfs是已經編譯好的，如果想要重新編譯或者更新文件系統，可以下載後解壓，然後執行以下步驟

cd your_downlood_kernel_dir //打開編譯好的內核文件夾
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- modules //編譯內核模塊,
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- modules_install INSTALL_MOD_PATH=../rootfs  // 在上一步打開的終端中，重新安裝內核模塊，安裝路徑為解壓出來的rootfs路徑
tar -cvzf rootfs.tar.gz rootfs。//將安裝好內核模塊的根文件系統重新壓縮

6.生成啟動鏡像文件

製作啟動鏡像需要用到三個文件：fsbl.elf、system.bit和第二步生成的u-boot.elf。

打開SDK工具，生成fsbl的方法網上很多，自己查閱，不贅述了，這裡只介紹如何製作boot image

在fsbl工程目錄上右鍵選擇Create Boot Image

加入u-boot.elf的路徑，然後Create Image，就會在指定的輸出路徑上生成BOOT.bin

7.設置UBOOT環境變數

新建一個uEnv.txt，輸入內容：

optargs=console=tty0 consoleblank=0 vt.global_cursor_default=0

這部分不是很懂，有清楚的請留言。

8.製作SD卡

找一張SD卡，通過系統自帶的磁碟工具，首先格式化。然後創建兩個分區，一個100M FAT格式，命名為UBOOT，剩餘的8G ext4格式，命名為rootfs。如圖所示：

將步驟6、7、4、3生成的BOOT.bin、uEnv.txt、devicetree.dtb、uImage拷貝到UBOOT分區下

將步驟5生成的rootfs.tar.gz解壓到rootfs分區下。

四：實驗結果

五、結束語

至此，debian在zynq上的移植全部結束，之後，我將分享如何在linux基礎上開發字元驅動，以及如何運行QT程式，並通過一個攝像頭採集的例子作為具體應用。