Xilinx zynq-7000系列FPGA移植Linux操作系统详细教程

一：前言

最近手上压了一块米联客的Miz7035，一块xilinx zynq-7000系列的开发板，想着正好学习一下linux在ARM9上的移植，网上基本都是ZC702、zed的教程，这对于买了非标准板的人来说就不太友好，很多文件都不知道是怎么生成的。本着学习加分享的心态，把这两天移植linux的过程写下来，尽可能详细。驱动和系统移植不是我的专长，很多地方我也是知其然不知其所以然，写得不对的地方欢迎指正。

二：前期准备 

1、一台安装好linux系统的主机，我安装的是centos7.2.

2、一块zynq-7000系列的FPGA开发板，我手上的是米联客miz7035，其他zynq系列一样通用。

3、vivado开发环境，我安装的2018.2版本

4、u-boot，device-tree，kernel下载。地址分别是：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、根文件系统，这里我裂墙推荐Debian，Debian这个Linux系统，底层非常稳定，内核和内存的占用都非常小，下载地址：https://pan.baidu.com/s/1eHmjGd-dTtgnITjG2D3CYA

三：操作步骤

1.设置交叉编译环境

因为最终运行在arm9上，所以uboot、内核，文件系统编译都需要用arm-linux交叉编译工具，zynq2000使用的是arm-linux-gnueabihf，交叉编译工具可以从网上单独下载，也可直接使用vivado自带的交叉编译工具。使用方法也很简单

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

或者

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

将该文件中的内容全部复制到bashrc，更新环境变量，这样在新的终端中打开，环境变量也不会消失。

2.u-boot编译

进入u-boot文件夹，

make distclean  //清除配置文件和编译中间结果
make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- zynq_mz7x_defconfig //重新配置，生成makefile，具体板子不一样，在U-Boot/configs文件夹下
make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- tools  //编译开发所需要的工具
make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-  //编译，完成后生成一个elf文件u-boot，uboot.bin,u-boot.srec等文件

最后把编译生成的u-boot后缀改成.elf,连同u-boot.img和spl/boot.bin,一共三个文件拷贝出来。

3.kernel内核编译

export PATH=${YOUR_UBOOT_DIR}/tools:$PATH  //编译内核如果要生成uImage，则需要用到mkimage工具，该工具在u-boot/tools下有提供

make distclean //清除配置文件和编译中间结果
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  //编译开发所需要的工具
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- UIMAGE_LOADADDR=0x8000 uImage  //编译内核，且生成uImage

最后把{KERNEL_DIR}/arch/arm/boot/zImage，{KERNEL_DIR}/arch/arm/boot/uImage拷贝出来。

    # zImage  - compressed kernel image
    # uImage  - zImage plus U-Boot header
uImage是在zImage之前加上一个长度为0x40的“头”，说明这个映像文件的类型、加载位置、生成时间、大小等信息。换句话说，如果直接从uImage的0x40位置开始执行，zImage和uImage没有任何区别。

4、设备树编译

经过内核编译，在kernel文件夹下script/dtc中有编译好的设备树编译工具

cd kernel/scripts/dtc
./dtc -I dts -O dtb -o devicetree.dtb /FPGA工程目录/SDK目录/device_tree_bsp_0/system-top.dts //dts为sdx工程中生成，编译后在当前目录下生成一个名为devicetree.dtb)。

5. 编译并安装内核模块，更新文件系统

本文提供的rootfs是已经编译好的，如果想要重新编译或者更新文件系统，可以下载后解压，然后执行以下步骤

cd your_downlood_kernel_dir //打开编译好的内核文件夹
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- modules //编译内核模块,
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- modules_install INSTALL_MOD_PATH=../rootfs  // 在上一步打开的终端中，重新安装内核模块，安装路径为解压出来的rootfs路径
tar -cvzf rootfs.tar.gz rootfs。//将安装好内核模块的根文件系统重新压缩

6.生成启动镜像文件

制作启动镜像需要用到三个文件：fsbl.elf、system.bit和第二步生成的u-boot.elf。

打开SDK工具，生成fsbl的方法网上很多，自己查阅，不赘述了，这里只介绍如何制作boot image

在fsbl工程目录上右键选择Create Boot Image

加入u-boot.elf的路径，然后Create Image，就会在指定的输出路径上生成BOOT.bin

7.设置UBOOT环境变量

新建一个uEnv.txt，输入内容：

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

这部分不是很懂，有清楚的请留言。

8.制作SD卡

找一张SD卡，通过系统自带的磁盘工具，首先格式化。然后创建两个分区，一个100M FAT格式，命名为UBOOT，剩余的8G ext4格式，命名为rootfs。如图所示：

将步骤6、7、4、3生成的BOOT.bin、uEnv.txt、devicetree.dtb、uImage拷贝到UBOOT分区下

将步骤5生成的rootfs.tar.gz解压到rootfs分区下。

四：实验结果

五、结束语

至此，debian在zynq上的移植全部结束，之后，我将分享如何在linux基础上开发字符驱动，以及如何运行QT程序，并通过一个摄像头采集的例子作为具体应用。