ZYNQ Linux内核及根文件系统网络开发环境搭建

技术洞察TIC
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此实验仅限于Linux内核及根文件系统移植及网络调试，ZYNQ涉及FPGA硬件电路设计部分，还需要Vivado软件生成硬件设计文件(.hdf)，并基于Petalinux制作BOOT.BIN,才能使用FPGA硬件电路。

限于Uboot网络调试，还不能高效关联BOOT.BIN，因此我觉得网络调试只能基于ZYNQ PS ARM A9内核调试Linux和根文件系统。后续我会进一步思考如何在UBoot中实现关联FPGA部分（比如：启动，下载等），实现和Linux内核的关联，加快开发效率

1 前置条件准备

1.1 kernel 和uboot安装包准备

  • ZYNQ 开发板资料盘(A盘 )\4_SourceCode\3_Embedded_Linux\ 资 源 文 件 \kernel\linux-xlnx-xilinx-v2018.3.tar.gz。
  • Xilinx 提供的 Linux 源码肯定可以在 Xilinx 的 ZYNQ EVK 开发板上运行的，我们以 ZYNQ EVK 开发板为参考，然后将 Linux 内核移植到我们的 ZYNQ 小系统板上
  • 笔者工作目录 image.png
  • work3-yuanshenglinuxyizhi中存放Xilinx 提供的 Linux 源码 image.png
  • linux目录中关键的主要是：nfs 实现根文件系统网络挂载，tftpboot实现zImage与zynq-alientek.dtb网络下载 image.png
参考脚本：
mkdir -p ~/work/linux-4.14 //创建目录
tar -xzf alientek-linux-4.14.0-xlnx-v2018.3.tar.gz -C ~/work/linux-4.14/  //解压
sync //同步
rm -rf alientek-linux-4.14.0-xlnx-v2018.3.tar.gz //删除压缩包文件

mkdir ~/work/uboot-2018.01
tar -xzf alientek-uboot-2018.01-xlnx-v2018.3.tar.gz -C ~/work/uboot-2018.01/
sync
rm -rf alientek-uboot-2018.01-xlnx-v2018.3.tar.gz

2 NFS文件系统搭建

  • 文件系统NFS网络挂载及网络调试
sudo apt-get install nfs-kernel-server rpcbind
sudo vi /etc/exports
/home/qinkaixin/linux/nfs *(rw,sync,no_root_squash)
  • Linux网络下载镜像时“nfs报错：ERROR: File lookup fail”解决方法,导致此错误得原因是：uboot中使用得NFS版本为V2版本，而ubuntu中的NFS版本为V3,V4及以上版本，从而导致uboot不能再NFS服务器中找到文件。
cat /etc/default/nfs-kernel-server

RPCNFSDCOUNT="-V 2 8"
RPCNFSDPRIORITY=0
RPCMOUNTDOPTS="-V 2 --manage-gids"
NEED_SVCGSSD=""
RPCSVCGSSDOPTS="--nfs-version 2,3,4 --debug --syslog"

sudo service nfs-kernel-server restart

NFS 功能：
nfs C2000000 192.168.0.111:/home/***/linux/nfs/rootfs/test

3 Xilinx 官方开发板 Linux 内核编译

3.1 修改顶层 Makefile

image.png image.png

3.2 配置并编译Linux内核

image.png

3.3 添加开发板对应的设备树文件

  • Linux 支持设备树，每个开发板都有一个对应的设备树文件。Xilinx 的 ZYNQ 系列芯片的所有设备树文件夹都存放在arch/arm/boot/dts 目录下，在这个目录下有个名为 zynq-zc702.dts 的文件，该文件是 ZC702 开发板的设备树文件。
  • 将 zynq-zed.dts 重命名为 zynq-alientek.dts，命令如下：
cd arch/arm/boot/dts
cp zynq-zed.dts zynq-alientek.dts

3.4 修改设备树

  • 笔者在此处遇到很多问题，归根到底还是设备树修改的问题，主要就是串口部分，注意将文件中的“uart1”全部替换为“uart0”
vim arch/arm/boot/dts/zynq-alientek.dts

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
/*
 *  Copyright (C) 2011 - 2015 Xilinx
 *  Copyright (C) 2012 National Instruments Corp.
 */
/dts-v1/;
#include "zynq-7000.dtsi"

/ {
 model = "Zynq Alientek Development Board";
 compatible = "xlnx,zynq-alientek", "xlnx,zynq-7000";

 aliases {
 ethernet0 = &gem0;
 serial0 = &uart0;
 spi0 = &qspi;
 mmc0 = &sdhci0;
 };

 memory@0 {
 device_type = "memory";
 reg = <0x0 0x40000000>;
 };

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

 usb_phy0: phy0@e0002000 {
 compatible = "ulpi-phy";
 #phy-cells = <0>;
 reg = <0xe0002000 0x1000>;
 usb-reset = <&gpio0 9 0>;
 view-port = <0x0170>;
 drv-vbus;
 };
 };

&clkc {
ps-clk-frequency = <33333333>;
};

&gpio0 {
emio-gpio-width = <7>;
gpio-mask-high = <0x0>;
gpio-mask-low = <0x5600>;
};

&uart0 {
 u-boot,dm-pre-reloc;
 status = "okay";
};

&gem0 {
status = "okay";
phy-mode = "rgmii-id";
phy-handle = <&ethernet_phy>;
local-mac-address = [00 0a 35 00 1e 53];

ethernet_phy: ethernet-phy@0 {
reg = <0>;
device_type = "ethernet-phy";
};
};
  • 需要注意的是这里的 zynq-alientek.dts 文件只是配置了 ZYNQ 的 PS 端，使 linux 内核能够启动，PL 端并没有配置，如何配置 PL 端可以进入第九章的 Petalinux 工程，在工程的“components\plnx_workspace\device-tree\device-tree”目录下有很多 dts 文件，可以参考该目录下的 system-top.dts 文件（特别是该文件所 include 的文件）来配置 zynq-alientek.dts 文件。

3.5 修改设备树arch/arm/boot/dts/Makefile

  • zynq-alientek.dts 修改好以后我们还需要修改文件 arch/arm/boot/dts/Makefile，找到“dtb-$(CONFIG_ARCH_ZYNQ)”配置项，在此配置项中加入“zynq-alientek.dtb \” ，如下所示： image.png

3.5 内核及设备树编译

  • 内核编译
#!/bin/sh
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- alientek_zynq_defconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- all -j16
  • 如果后面测试的时候只修改设备树的话可只重新编译设备树，在 Linux 内核源码根目录下输入如下命令编译设备树：
make dtbs

4 拷贝设备树与Linux内核uImage到tftp

image.png

cp arch/arm/boot/zImage /home/qinkaixin/linux/tftpboot
cp arch/arm/boot/dts/zynq-alientek.dtb   /home/qinkaixin/linux/tftpboot

5 根文件系统

  • 拷贝根文件系统到nfs中 image.png image.png

6 网络开发环境调试

image.png

6.1 uboot IP设置

setenv ipaddr 192.168.0.105
setenv ethaddr b8:ae:1d:01:01:01
setenv gatewayip 192.168.0.1
setenv netmask 255.255.255.0
setenv serverip 192.168.0.124
saveenv

6.2 uboot设置nfs根文件系统

  • 启动开发板，进入 uboot 命令行模式，然后重新设置 bootargs 环境变量，命令如下 image.png
setenv  bootargs  'console=ttyPS0,115200  root=/dev/nfs nfsroot=192.168.0.124:/home/qinkaixin/linux/nfs/,tcp ip=dhcp rw'
saveenv

6.3 tftp网络调试

image.png image.png

setenv bootcmd 'tftpboot 8000 zImage; tftpboot 103cdda8 zynq-alientek.dtb; bootz 8000 - 103cdda8'
saveenv
boot
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