ZYNQ Linux操作系統(tǒng)移植四個(gè)部分說(shuō)明文檔

一、組成
ZYNQ上面移植Linux操作系統(tǒng)包括四個(gè)部分，uboot,devicetree,kernel,ramdisk.

其中uboot類似于bios，負(fù)責(zé)對(duì)設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單的初始化，devicetree以樹(shù)的形式對(duì)zynq相連的硬件設(shè)備進(jìn)行描述，kernel是加載的操作系統(tǒng)內(nèi)核，ramdisk是操作系統(tǒng)啟動(dòng)之后掛載的文件系統(tǒng)。

二、啟動(dòng)過(guò)程
移植操作系統(tǒng)后zynq的啟動(dòng)過(guò)程如下，首先加載bootrom（zynq中自帶，用戶無(wú)法修改），然后執(zhí)行fsbl（這個(gè)根據(jù)硬件在sdk中創(chuàng)建），然后執(zhí)行uboot，uboot會(huì)將kernel、devicetree和ramdisk載入ddr，跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核入口處執(zhí)行，這樣linux就啟動(dòng)了。

對(duì)bootrom、fsbl和uboot詳細(xì)描述如下。

三、uboot設(shè)置
uboot可以從xilinx 官方github上面下載，地址是：

通常uboot不需要升級(jí)，目前使用的版本為xilinx 2015年底發(fā)布的版本2015.4.不過(guò)針對(duì)不同的模塊uboot需要進(jìn)行修改，主要修改下面幾個(gè)地方。

1、參考時(shí)鐘修改
地址位于arch/arm/cpu/armv7/zynq/clk.c

由于ZYNQ設(shè)計(jì)大多使用50M參考時(shí)鐘，需要更改參考時(shí)鐘

# define CONFIG_ZYNQ_PS_CLK_FREQ 33333333UL更改為

# define CONFIG_ZYNQ_PS_CLK_FREQ 50000000UL

2、串口配置修改
地址位于include/configs/zynq_zc70x.h

根據(jù)硬件串口情況進(jìn)行配置

#define CONFIG_ZYNQ_SERIAL_UART1 使用串口1

#define CONFIG_ZYNQ_SERIAL_UART0 使用串口0

如果兩個(gè)串口都啟用，一起配置即可。

3、DDR配置修改
地址位于include/configs/zynq_zc70x.h

根據(jù)DDR實(shí)際大小地址修改配置參數(shù)

#define CONFIG_SYS_SDRAM_SIZE (1024 * 1024 * 1024) 1GB DDR

#define CONFIG_SYS_SDRAM_SIZE (512 * 1024 * 1024) 512MB DDR

4、PHY地址配置
地址位于include/configs/zynq_zc70x.h

根據(jù)硬件PHY地址進(jìn)行配置，通常硬件會(huì)將PHY地址設(shè)置為0

#define CONFIG_ZYNQ_GEM_PHY_ADDR0 0

如果硬件啟用了兩個(gè)網(wǎng)卡，則需要設(shè)置兩個(gè)PHY的地址

#define CONFIG_ZYNQ_GEM0

#define CONFIG_ZYNQ_GEM_PHY_ADDR0 1

#define CONFIG_ZYNQ_GEM1

#define CONFIG_ZYNQ_GEM_PHY_ADDR1 18

5、啟動(dòng)方式配置
地址位于include/configs/zynq_common.h

如果使用QSPI flash方式啟動(dòng)，需要配置QSPI FLASH對(duì)應(yīng)地址，如下。

"sf probe 0 0 0 && " /

"sf read 0x3000000 0x400000 ${kernel_size} && " /

"sf read 0x2A00000 0x900000 ${devicetree_size} && " /

"echo Copying ramdisk... && " /

"sf read 0x2000000 0x920000 ${ramdisk_size} && " /

"bootm 0x3000000 0x2000000 0x2A00000/0" /

6、IP地址配置
地址位于include/configs/zynq_common.h

#define CONFIG_IPADDR 192.168.100.12 //uboot啟動(dòng)時(shí)板子的IP地址

#define CONFIG_SERVERIP 192.168.100.6 //uboot啟動(dòng)時(shí)能訪問(wèn)的遠(yuǎn)程服務(wù)器地址，若采用TFTP加載，需要將本地電腦配置為該地址

7、啟動(dòng)延遲設(shè)置
地址位于include/configs/zynq_common.h

#define CONFIG_BOOTDELAY 7 /* -1 to Disable autoboot */

Uboot默認(rèn)延遲7s再?gòu)腝SPI flash中加載操作系統(tǒng)，如果設(shè)置為-1表明禁止自動(dòng)加載

8、初始化設(shè)置
地址位于net/eth.c 和 arch/arm/lib/board.c

Uboot中需要對(duì)5396進(jìn)行初始化，同時(shí)使用GPIO對(duì)PHY或NOR FLASH等進(jìn)行復(fù)位，可以在eth.c中增加代碼

void mygpio_init()

{ }

然后將Mygpio_init()加入到arch/arm/lib/board.c中

9、Uboot編譯
修改完成后，可以使用下列命令編譯產(chǎn)生uboot

進(jìn)入u-boot文件夾

$ make distclean //文件夾清理

$ make zynq_zc70x_config // 載入配置，通常使用zynq_zc70x.h文件

$ make

編譯完成后文件夾下會(huì)出現(xiàn)u-boot文件，將其修改為u-boot.elf

四、devicetree設(shè)置
devicetree源文件可以從xilinx官方下載，地址：https://github.com/Xilinx/device-tree-xlnx/releases

不同板子的devicetree可以根據(jù)xilinx sdk生成，操作過(guò)程如下。

1、在XILINX SDK中打開(kāi)板子的ZYNQ工程，在xilinx tools中添加devicetree的源文件地址

2、創(chuàng)建devicetree BSP文件

創(chuàng)建完成后得到文件如下

3、將dtsi,dts文件拷入linux系統(tǒng)下，使用dts工具制作devicetree.dtb文件

4、如果需要修改devicetree文件，可以通過(guò)dtc工具轉(zhuǎn)換為可讀文件dts

生成的1.dts可打開(kāi)，里面能看到zynq端的外設(shè)信息和啟用情況。通常需要修改網(wǎng)卡配置，如下，下例中phy地址為0

ethernet@e000b000 {

compatible = "xlnx,ps7-ethernet-1.00.a";

reg = ;

status = "okay";

interrupt-parent = ;

interrupts = ;

clocks = ;

clock-names = "ref_clk", "aper_clk";

#address-cells = ;

#size-cells = ;

enet-reset = ;

local-mac-address = [00 0a 35 00 00 00];

phy-mode = "rgmii";

phy-handle = ;

xlnx,eth-mode = ;

xlnx,has-mdio = ;

xlnx,ptp-enet-clock = ;

mdio {

#address-cells = ;

#size-cells = ;

phy@0 {

compatible = "marvell,88e1111";

device_type = "ethernet-phy";

reg = ;

linux,phandle = ;

phandle = ;

};

};

};

當(dāng)對(duì)dts修改完成后，再次使用dtc工具編譯產(chǎn)生devicetree.dtb即可

五、文件系統(tǒng)設(shè)置
文件系統(tǒng)一般隨zynq開(kāi)發(fā)板發(fā)布，可以從prebuit中找到文件系統(tǒng)的tar文件

解壓后得到的文件如下

在文件系統(tǒng)中，如果需要添加用戶自定義的shell腳本或可執(zhí)行程序，可以放在/usr/bin目錄下。如果要設(shè)置系統(tǒng)自啟動(dòng)項(xiàng)，可以在/etc/rc5.d中增加shell腳本。

這里進(jìn)行了IP地址的配置

1、文件系統(tǒng)制作
當(dāng)修改完rootfs后，可以通過(guò)下面命令制作uramdisk文件系統(tǒng)

$sh -c 'cd rootfs/ && find . | cpio -H newc -o' | gzip -9 > new_initramfs.cpio.gz

$mkimage -A arm -T ramdisk -C gzip -d new_initramfs.cpio.gz uramdisk.image.gz

執(zhí)行完畢將會(huì)得到uramdisk.image.gz

六、內(nèi)核配置
內(nèi)核可以從xilinx官方git下載，地址：

目前l(fā)inux內(nèi)核中已經(jīng)集成了常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)源碼位于drivers文件夾下。針對(duì)內(nèi)核的修改位于 arch/arm/configs/xilinx_zynq_defconfig文件中，該文件中定義了內(nèi)核所包含的驅(qū)動(dòng)程序。

1、調(diào)試輸出打印
在xilinx_zynq_defconfig中，需要根據(jù)硬件設(shè)計(jì)正確配置串口打印。

CONFIG_DEBUG_LL=y

CONFIG_DEBUG_ZYNQ_UART0=y //使用串口0打印輸出

CONFIG_EARLY_PRINTK=y

2、內(nèi)核編譯
修改完xilinx_zynq_defconfig后，可以使用下面命令編譯內(nèi)核

$sudo //編譯內(nèi)核需要運(yùn)行在root權(quán)限下

$make distclean //清理文件

$make ARCH=arm xilinx_zynq_defconfig //讀取內(nèi)核配置信息，即xilinx_zynq_defconfig中的內(nèi)容

$make ARCH=arm menuconfig //進(jìn)入內(nèi)核菜單進(jìn)行可視化配置，如果xilinx_zynq_defconfig中對(duì)內(nèi)核配置準(zhǔn)確時(shí)，該步驟可以省略

$make ARCH=arm UIMAGE_LOADADDR=0x8000 uImage -j4 //編譯產(chǎn)生uImage

產(chǎn)生的文件位于arch/arm/boot文件夾內(nèi)

七、常見(jiàn)驅(qū)動(dòng)
1、I2C驅(qū)動(dòng)
目前板子上都會(huì)用到I2C，首先需要知道I2C從設(shè)備的地址，如2/4/8這些.在devicetree中進(jìn)行設(shè)置

在內(nèi)核中添加1848的驅(qū)動(dòng)

編譯內(nèi)核的時(shí)候加入該驅(qū)動(dòng)，同時(shí)修改makefile和kconfig文件

這樣在編譯內(nèi)核的時(shí)候就能看到將驅(qū)動(dòng)編進(jìn)內(nèi)核的選項(xiàng)了。

編譯完內(nèi)核后，啟動(dòng)時(shí)就能看到1848的從設(shè)備

2、ADC驅(qū)動(dòng)
ADC為ZYNQ用來(lái)監(jiān)測(cè)電壓或電流的通道，目前ZYNQ中集成了16個(gè)通道，首先需要在devicetree中設(shè)置啟用的通道，圖中啟用的是0,1,8三個(gè)通道

內(nèi)核中啟用ADC驅(qū)動(dòng)

系統(tǒng)啟動(dòng)后就能看到輸出了，這里輸出的是溫度值

實(shí)際溫度還需要進(jìn)行換算，結(jié)果如下

3、NOR FLASH驅(qū)動(dòng)
NOR FLAHS驅(qū)動(dòng)主要實(shí)現(xiàn)文件系統(tǒng)的掛載，這里不需要設(shè)置devicetree，只需要在內(nèi)核中添加掛載文件系統(tǒng)的代碼

上圖中將NOR FALSH分為2個(gè)區(qū)，大小分別為32MB和64MB，需要注意的是NOR FLASH的起始地址和容量大小設(shè)置

#defineWINDOW_ADDR 0x80000000 //和vivado里面的emc起始地址一致

#defineWINDOW_SIZE 0x8000000 //nor flash大小

在makefile中將該驅(qū)動(dòng)編譯進(jìn)內(nèi)核即可

啟動(dòng)后就能看到掛載的文件系統(tǒng)了

4、外部中斷驅(qū)動(dòng)
當(dāng)zynq接收來(lái)自外部的GPIO中斷時(shí)，需要使用UIO機(jī)制及時(shí)響應(yīng)中斷，首先在devicetree中模擬出四個(gè)GPIO設(shè)備

注意上面的中斷號(hào)0x1e-0x21要與硬件實(shí)際相連的中斷管腳一致。

同時(shí)在devicetree中啟用UIO機(jī)制

在編譯內(nèi)核時(shí)將UIO驅(qū)動(dòng)編譯進(jìn)內(nèi)核

當(dāng)操作系統(tǒng)啟動(dòng)完成后就能看到四個(gè)外部GPIO設(shè)備產(chǎn)生的中斷了

八、啟動(dòng)文件制作
如下圖所示，在SDK中創(chuàng)建boot.bin需要包含下面五個(gè)文件

Fsbl.elf

Zynq_top.bin

u-boot.elf

uImage

devicetree.dtb

uramdisk.image.gz

制作過(guò)程中需要正確配置uimage,devicetree.dtb,uramdisk.image.gz的地址，讓其與u-boot中從QSPI flash加載地址匹配

制作完成后將boot.bin通過(guò)下載電纜燒入QSPI FLASH中即可。
編輯：hfy