[米联客-XILINX-H3_CZ08_7100] LINUX基础篇连载-04 从vitis移植Ubuntu实现二次开发

本帖最后由 LINUX课程于 2024-9-11 11:00 编辑

软件版本：vitis2021.1(vivado2021.1)

操作系统：WIN10 64bit

硬件平台：适用XILINX Z7/ZU系列FPGA

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1 为什么使用vitis

说到这个问题，就不得不来讲讲Linux的启动逻辑了。ZYNQ MPSoC芯片的特点是，需要fsbl来引导uboot。fsbl全称为First Stage Boot Loader，是用户可以接触到的最早的启动部分。

细心观察应该可以发现，我们使用vitis跑裸机代码的时候，fsbl也发挥作用了，在程序运行前会打印fsbl的信息。而引导裸机和引导系统都需要fsbl文件，因此使用vitis则能加快我们的移植速度。

下图为一个典型启动流程例子：

除了fsbl外，vitis还会生成pmufw.elf和system_wrapper.bit这两个文件。pmufw.elf顾名思义就是pmu的管理程序，它负责了板级的电源管理。system_wrapper.bit文件则是FPGA端的配置文件，通过这个文件我们可以在Linux启动时将FPGA工程给一并配置至pl端，这样我们就能通过Linux与FPGA端交互了。此外bit文件不仅仅会配置pl端，ps端也需要通过bit文件设置，譬如没有设置gpio，那就算配置了设备树，在系统里依旧无法控制gpio。

要想让linux系统启动时配置好FPGA端的逻辑，首先我们得先导出在vivado里设计好的硬件，然后用vitis把它汇编成机器可以识别的bit文件，最后使用Linux下的工具包将其打包进BOOT.bin文件，也就是我们常说的uboot。

此外vitis还能生成丰富的设备树文件供我们参考。

2 通过TCL搭建工程

本工程提供了TCL文件方便搭建自己的工程，如果觉得麻烦可以选择直接使用工程构建，打开附带的zu_prj文件夹即可跳过本节。

首先通过菜单新建一个工程，展开File-Project-New，新建一个工程。

选择工程路径并命名工程：

选择工程类型，注意勾选的子选项：

选择芯片的型号：

米联客所采用的芯片型号有如下：

7010：xc7z010clg400-1

7015：xc7z015clg485-2

7020：xc7z020clg400-2（milianke 7x、7XA/B）、xc7z020clg484-2（702P）

7030：xc7z030ffg676-2

7035：xc7z035ffg676-2

7045：xc7z045ffg900-2（7100FC）、xc7z045ffg676-2（7035FA/B/C/D）

7100：xc7z100ffg900-2

检查所选的型号是否正确：

将{demo位置}/soc_tcl/uisrc放到新建工程目录下

为工程添加IP库，打开settings，选择IP下的Repository，使用加号添加上一步中的路径内的IP文件夹：

通过source {demo位置}/soc_tcl/system.tcl导入BD文件，注意路径要输入正确。TCL文件在demo中已经提供。

导入完成后：

在BD文件上右击，找到如下选项，创建顶层文件。

选择自动生成：

找到添加源的按钮，添加管脚约束：

选择第一个：

点击创建文件：

为约束文件创建名称：

创建完成后看到已经添加到列表里的，这时候就完成了。

打开刚刚新建的文件，将{demo位置}/soc_tcl/fpga_pin.xdc中的内容拷贝进来，按Ctrl+S保存。

可以看下关键参数的设置，这里需要注意不是每个板卡设置都一样

3 通过vivado导出硬件文件

FPGA需要自行开发生成自己想要的硬件电路，出厂配有一些简单的案例来帮助验证，详见附件第四章。

首先，对工程进行编译，点击生成比特按钮。

打开已经设计好的FPGA工程，依次展开File - Export - Export Hardware…

打开后为下图界面，点击Next>下一步：

选择包括比特文件这一选项，然后点击下一步：

这里是提醒在导出硬件文件前刷新比特文件，点击Yes：

选择导出位置，选择好后点击Finish开始导出：

打开导出文件夹，就能看到如下的硬件文件，以.xsa结尾：

4 从xsa构建Vitis工程

通过桌面快捷方式打开Vitis软件：

打开第一步就是选择工作路径，设置好合适的路径后点击Launch启动：

打开后是不是感觉很熟悉？没错其实这个就是我们熟悉的Eclipse IDE，写过Java的应该对这个IDE不陌生，但是我们这次不是拿它来写Java了，而是用它来编译c。点击左侧栏的小按键，打开编辑模式：

打开后的第一步并非创建工程，而是先给这个工程添加一个设备树模板，依次展开Xilinx - Repositories：

设备树模板可以使用Xilinx官方的，我们在附件中也提供了设备树，另外附上官方设备树模板的地址：https://github.com/Xilinx/device-tree-xlnx/releases

点击如图所示的New按键，找到设备树模板的目录，添加一个新的设备树模板：

选择好后，先Apply再Apply and Close：

添加好后，开始新建工程，依次展开File – New – Platform Project：

输入工程的名称，注意命名规范，然后点击下一步：

点击Browse找到刚刚生成的xsa文件，再如图设置其他参数，点击Finish完成设置：

稍等片刻等待工程初始化完成，在工程上右击选择Build Project开始编译：

等待控制台弹出完成的信息时，则代表我们需要的文件已经编译完毕：

打开工程所在目录，找到以下对应的三个文件，也就是我们之前说的所需文件：

文件的位置：

system_wrapper.bit： {工程位置}\soc_sdk\soc_base\hw\

fsbl.elf： {工程位置}\soc_sdk\soc_base\export\soc_base\sw\soc_base\boot\

还记得我们上面所说的吗，这两个文件分别是PS和PL端的配置文件、FSBL启动文件。这样我们就得到了大部分的移植系统所需要的文件。

当然有了这些文件并不够，我们还差一个设备树文件，附件中已经提供了一个写好的设备树文件，或者也可以参照下图位置中Vitis给出的设备树进行一些小修改，注意此处不建议初学者自行修改，只需会使用即可：

5 使用工具包制作烧写系统

首先将system_wrapper.bit、fsbl.elf两个文件分别改名为system.bit、zynq_fsbl.elf，打开上一篇第3小节配置好的虚拟机，然后将system.bit、zynq_fsbl.elf两个文件拷贝到{解压目录}/uisrc-lab-xlnx/boards/mz7x/ubuntu/output/target，选择覆盖（第一次使用不会提示覆盖）：

然后将soc_dts文件夹中的设备树文件，分别复制到：

{解压目录}/uisrc-lab-xlnx/sources/uboot/arch/arm/dts

{解压目录}/uisrc-lab-xlnx/sources/kernel/arch/arm/boot/dts

同样选择覆盖：

在scripts文件夹内右击，选择Open in Terminal：

然后我们就要开始使用脚本制作系统了，首先在/uisrc-lab-xlnx/scripts目录内打开终端，然后source配置一些环境变量：

分别输入：

make_uboot.sh用来制作uboot

make_kernel.sh用来制作Linux内核

create_image.sh用来制作镜像

然后插入TF卡准备烧写，分别执行：

make_parted.sh格式化并分区u盘，先输入盘符，再输入确认

deploy_image.sh烧写启动文件与系统文件，输入盘符

最后弹出TF卡：

7100FC 的SD卡启动是通过qspi进行引导的，而qspi则是通过JTAG进行烧录的。因此，第一步是对开发板的flash进行烧录。

将 SD 卡中的 BOOT 目录下的 BOOT.bin 文件和之前vitis生成的fsbl.elf（fsbl.elf 文件见4.4部分）也保存至“soc_sdk/soc_qspi”文件夹内。

连接硬件，拔卡在断电状态下插入jtag、串口，将核心板上拨码开关两位拨到on，插入电源准备开机。

拨码开关在板上的位置如下：

JTAG如下连接。

打开vitis，选择附件中准备好的第四章的soc_sdk。该项目中已经设置好可以烧录的配置了。

在菜单栏找到Xilinx，选择烧录qspi：

烧录使用如下配置，其中BOOT.bin和fsbl.elf为之前保存在“{工程位置}/soc_sdk/soc_qspi”中的文件。

给板卡上电，点击program烧写：

板卡断电，先拔下jtag的usb数据线，再从板卡拔下jtag，插入sd卡，将核心板的拨码开关拨为qspi启动（ON-OFF），使用putty串口登录板卡。

启动界面。

输入run sdboot，启动sd卡内系统。

用户名：uisrc

密码：root

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