zynq基础-->linux下软件应用

操作系统：Ubuntu 16.04 LTS

应用软件：Vivado 2016.2  + petalinux 2016.2

参考官方应用手册：ug1144-petalinux-tools-reference-guide.pdf

1、软件安装

1.1 基础软件安装

在安装应用软件前，需要为zynq开发环境安装必要的基础软件，在手册11页已经明确标明。

注意：tftp软件使用tftp-hpa，如下所示：

#1、安装
sudo apt-get install tftp-hpa tftpd-hpa
 
#2、建立目录
sudo mkdir /tftpboot
sudo chmod 777 /tftpboot
 
#3、配置
sudo vim /etc/default/tftpd-hpa
#修改以下两项
TFTP_DIRECTORY="/tftpboot"
TFTP_OPTIONS="-l -c -s"
 
#4、启动
sudo service tftpd-hpa restart

在此基础上，为了启动eclipse需要安装java开发环境和支持库：

sudo apt-get install openjdk-8-jre
 
sudo apt-get install lib32z1
sudo apt-get install lib32ncurses5
sudo apt-get install lib32bz2-1.0 (官方说需要安装，但实际没有找到这个库)
sudo apt-get install lib32stdc++6

1.2安装配置

完成1.1步骤后，需要打开tftp服务器，在后期可以直接通过petalinux给zynq更新代码

1.3安装应用软件

参考官方手册

注意：为安装目录打开所有可读可写可执行权限！

1.4应用软件配置

为了能够顺利启动vivado、sdk以及petalinux，需要做如下几步：

1、在/opt/Xilinx/SDK/2016.2/.settings64-Software_Development_Kit__SDK_.sh中增加

export SWT_GTK3=0

2、在home目录下新建文件：.bash_aliases，

在启动控制台头bash会自动调用.bash_aliases里的内容。做如下设置：

echo "<----自启动设置---->"
 
echo "1.设置快捷操作命令"
############################
#重命名
###########################
 
echo "2.设置zynq sdk环境"
############################
#自动运行
###########################
export EXTERN_COMPILER=/opt/Xilinx/petaLinux/petalinux-v2016.2-final/tools/linux-i386/gcc-arm-linux-gnueabi/bin/
source /opt/Xilinx/petaLinux/petalinux-v2016.2-final/settings.sh
source /opt/Xilinx/Vivado/2016.2/settings64.sh

3、安装的应用软件目录很多默认需要root权限，如果是用普通用户操作应用软件，需要为很多目录增加权限。

4、修复awk错误

官方bug报告中有如下说明：

If you are not using the AXI BFM IP, you can remove the LD_LIBRARY_PATH setting from settings64.sh

通过屏蔽.settings64-Vivado.sh中对“LD_LIBRARY_PATH”的赋值，便可修复awk错误。

5、链接新库

官方包里有些库已经过时了，需要重新链接到系统的库。

#先做更新
sudo add-apt-repository ppa:ubuntu-toolchain-r/test
sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade
sudo apt-get dist-upgrade
 
#然后链接
cd /opt/Xilinx/SDK/2016.2/lib/lnx64.o/
mv libstdc++.so.6 libstdc++.so.6.old
ln -s /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6 libstdc++.so.6

2、生成嵌入式文件

2.1生成硬件描述文件

根据系统需求，使用vivado生成硬件描述文件并启动sdk生成硬件描述文件夹。

注意：linux下需要主动安装驱动，在 <xilnix安装目录>/Vivado/2016.2/data/xicom/cable_drivers/lin64/install_scripts/install_drivers/

运行：

sudo install_drivers

完成后重启电脑。

2.2根据已经存在的bsp生成petalinux工程

#生成工程bsp
petalinux-create -t project -s <path-to-bsp>
 
<path-to-bsp>= petalinux结构的bsp文件夹

关于版本控制：

使用git在工程目录下需要忽略三个文件夹：

1、.petalinux

2、build

3、images

2.3从头新建petalinux工程

在petalinux工程目录下使用命令：

petalinux-create --type project --template <CPU_TYPE> --name <PROJECT_NAME>
 
CPU_TYPE = zynqMP 或 zynq 或 microblaze
PROJECT_NAME 即为新建工程名字

petalinux-config --get-hw-description=<path-to-directory-which-contains-hardware-description-file>
 
path-to-directory-which-contains-hardware-description-file：即为包含.hdf的文件夹

此过程中，会自动调用配置界面。配置完成后，生成fsbl，u-boot，内核，设备树，根文件系统等。

问题：

在生成设备树的过程中，会出现警告：

WARNING: ps7_ethernet_0: No reset found

WARNING: ps7_usb_0: No reset found

这个警告会导致以太网口不能使用！

解决：

2.4编译生成镜像文件

在petalinux工程目录下使用命令：

petalinux-build -x distclean
 
LANG=C petalinux-build

生成uImage文件使用命令

petalinux-package --image -c kernel --format uImage

2.5生成启动文件

在petalinux工程目录下使用命令：

petalinux-package --boot --fsbl <FSBL image> --fpga <FPGA bitstream> --u-boot
 
FSBL image ：fsbl文件位置，位于./images/linux
FPGA bitstream:bit ：文件，位于./images/linux

执行命令后，会在工程目录下生成BOOT.BIN文件。

在配置好启动方式为SD卡启动后，将此文件和image/linux下的image.ub拷贝进SD卡，便可启动Linux

2.6生成打包文件

在petalinux工程目录下使用命令：

petalinux-package --prebuilt --fpga <FPGA bitstream>

在工程目录，生成pre-built文件夹，里面有系统需要的所有文件。

默认的登录名及密码都是root

2.7 将SD卡作为硬盘启动Linux

这种情况下linux下所做的改动将会保存在SD卡上。

1、将linux下将SD卡分为两个区，第一个区至少40M字节且格式化为FAT32，另一个区至少4G且格式化为EXT4。

2、使用"petalinux-config"命令，进入 "Image Packaging Configuration"->" Root filesystem type"然后选中SD卡，并保存配置。

3、重新编译并生成BOOT.BIN及image文件

4、使用以下命令生成文件系统压缩包：

#生成文件名为 rootfs.cpio，位于image/linux下
 petalinux-package --image -c rootfs --format initramfs

5、将BOOT.BIN和image.ub拷贝进SD卡的第一分区

6、将rootfs.cpio拷贝进SD卡的第二分区，并且使用以下命令解压

sudo pax -rvf rootfs.cpio

3、软件应用

规定命令的使用均在petalinux工程根目录下使用！

使用petalinux启动zynq，可以选择3个阶段。

阶段1：仅仅下载FPGA 的bit流文件

阶段2：启动至uboot

阶段3：完全启动

3.1仿真启动

使用以下命令调用软件仿真：

petalinux-boot --qemu --prebuilt  3
 
3代表启动等级为3，即为全部启动。
1和2分别代表启动至fsbl和u-boot。
软件仿真仅能使用2和3！

退出软件仿真使用 “ctrl+a” 松开以后按下 “x” 就可以了。

注意：若重新配置系统代码，在编译系统文件后，也需要重新更新pre-built文件夹（参考2.6节）

也可以为仿真指定新文件：

#调用./images/linux/u-boot.elf
petalinux-boot --qemu --u-boot
 
#调用./images/linux/zImage
petalinux-boot --qemu --kernel
 
#或者指定内核路径，设备树路径(从zImage中提取设备树文件)
petalinux-boot --qemu --image ./images/linux/zImage --dtb ./images/linux/system.dtb

3.2 jtga启动

首先需要将启动方式改为JTAG启动。

与3.1命令类似，仅仅是将 "qemu"替换为"jtag"即可

petalinux-boot --jtag --prebuilt 3

除此之外也可以单独下载部分代码：

#下载bit文件
 petalinux-boot --jtag --fpga --bitstream <BITSTREAM>
 
#下载uboot代码(image/linux/u-boot.elf)
petalinux-boot --jtag --u-boot
 
#下载内核文件(image/linux/zImage)
 petalinux-boot --jtag --kernel
 
#查看启动的详细信息
petalinux-boot --jtag --u-boot -v
 
#下载pmu 固件
 petalinux-boot --jtag --pmufw <PATH_TO_PMUFW_ELF> --u-boot
 
#获取xmd日志信息
 petalinux-boot --jtag --prebuilt 3 --tcl test.txt

3.3使用tftp启动目标板

在配置好tftp服务器的基础上，需要运行命令：

petalinux-config
 
#进入 "Image Packaging Configuration".
#选中  "Copy final images to tftpboot"
#默认服务器文件位于“/tftpboot”，若不同还需要设置"tftpboot directory"

目标板需要连接网线，并且已经运行了U-boot（通过sd卡载入等）。在u-boot下进行如下设置：

#设置服务器ip
 set serverip <HOST IP ADDRESS>; saveenv
 
#启动
run netboot

3.3固件打包

固件打包用于将工程文件(fsbl+bit+ssbl+linux)打包成为.tar.gz文件

petalinux-package --firmware --bootbin=<BOOT_BIN> --linux
 
#BOOT_BIN-> boot.bin文件所在位置
#linux自动引用./images/linux/image.ub文件

3.4 bsp打包

将当前工程打包为一个bsp文件，形成结构和其他开发板商提供的bsp包一样。

在工程包外执行命令：

petalinux-package --bsp -p <plnx-proj-root> --output <name>
 
#<name>即为bsp包名称(比如name = exercise，则会生成exercise.bsp文件)

3.5工程配置

petalinux提供了kconfig配置界面，能够很详细的配置系统很多参数。使用命令：

 petalinux-config

具体配置说明及操作从手册第52页往后都有说明。

3.6基于petalinux的app开发

使用命令生成工程：

 petalinux-create -t apps [--template TYPE] --name <user-application-name> --enable
 
--template TYPE ：可以选择模板类型
<user-application-name> ：工程名称
 
#创建一个C模版应用
petalinux-create -t apps --template c --name myapp --enable
 
#创建一个C++模版应用
petalinux-create -t apps --template c++ --name myapp --enable

生成的工程位于./components/apps，在此工程模板的基础上编辑源代码，当有新文件需要修改当前目录下的Makefile。

1、当要添加更多的源文件，可以简单粗暴的添加对应的.o文件名

2、当要添加其他配置文件，在"install"目标下加入

#将myfile.conf 固化进 /etc目录下
$(TARGETINST) myfile.conf  /etc
 
#将字符串"some text here" 固化进 /etc/system.conf下
$(TARGETINST) -a "some test here" /etc/system.conf

同时在petalinux配置菜单里面也会出现这项，可以通过修改kconfig来配置APP选项。

#进入配置界面后，Applications选项可以找到APP，并使能
petalinux-config -c rootfs
 
#使用命令编译重新编译，并将bin文件固化进文件系统
petalinux-build

当需要完全编译整个系统时，使用：

LANG=C petalinux-build

当仅仅需要修改根文件系统时，在petalinux工程目录下使用：

#假设app工程名为myapp
 petalinux-build -c rootfs -x do_gen_sysroot
 petalinux-build -c rootfs/myapp
 LANG=C petalinux-build -x package

此app便被加入了文件系统，可以使用以下命令来选择app是否被编译

petalinux-config -c rootfs

3.7 在文件系统中增加库

3.8 自动登录(开机自动运行APP)

创建一个新的app，并做如下修改：

#修改app内容
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
int main()
{
   execlp( "login", "login", "-f", "root", 0);
}
 
#修改makefile 的install 目标内容，这样可以开机自动运行
$(TARGETINST) -d -p 0755 autologin /etc/init.d/autologin
$(TARGETINST) -s /etc/init.d/autologin /etc/rc5.d/S99autologin

注意：当需要设置一个APP开机运行且不会退出时，应当以守护进程的方式启动它。

3.9 调试内核

使用GDB在QEMU仿真的支持下调试

#1.启动仿真内核
petalinux-boot --qemu --kernel
 
#2.在QEMU启动输出的前几行中，可以找到gdb 的 tcp端口号
-gdb tcp:<TCP_PORT>
 
#3.启动linux另外一个命令行窗口，进入images/linux目录
 
#4.启动gdb调试
 petalinux-util --gdb vmlinux
 
#5.在GDB中使用刚才显示的端口号
(gdb) target remote :9000
 
#6.然后尽情调试吧，折腾吧

注意：可以在配置菜单中打开内核调试选项：

petalinux-config--kernel > Kernel hacking > Kernel debugging

3.10 通过SDK下的TCF工具调试APP(未验证通过)

首先生成执行文件

#1.进入根文件配置界面
petalinux-config -c rootfs
 
#2.在 Filesystem Packages 中进入base 子菜单
 
#3. 使能 tcf-agent 选项
 
#4.进入上层的  console/network 子菜单
 
#5.使能 dropbear-openssh-sftp-server 子菜单
 
#6.重新编译

然后进行调试

#1.使用QEMU或者硬件启动系统
 
#2.启动SDK并新建工程
 
#3.在新建工程中选择硬件描述符文件，位于"<plnx-proj-root>
#/subsystems/linux/hw-description/system.hdf"
 
#4.新建linux类型的debug

3.11 修改设备树

设备树的编辑在文件system-top.dts下，此文件位于subsystems/linux/configs/device-tree文件夹下。

设备树的文档位于内核跟目录下的：Documentation/devicetree

3.12 u-boot配置

若需要在u-boot下打开某些命令或选项，官方建议编辑 ./subsystems/linux/configs/u-boot/platform-top.h 文件，然后重新编译u-boot

#编译u-boot
petalinux-build -c u-boot
 
#生成u-boot.bin
petalinux-package --boot --fsbl <FSBL image> --fpga <FPGA bitstream> --u-boot

3.13 深度定制

关于需要修改最底层的驱动、源码等等，需要将自己生成的uboot、linux源码等放在当前工程根目录的components目录下操作。

4 petalinux 工作流程

4.1基于官方提供的bsp上开发

在官方bsp开发可以提高开发速度，使用以下命令关联bsp:

#关联bsp，并在当前目录创建工程
petalinux-create -t project -s <path-to-bsp>
#编译生成最终的镜像文件
LANG=C petalinux-build

在./build/build.log中有具体的编译日志，在./images有编译文件，在/tftpboot（tftp服务区文件夹，默认为此路径）中也复制了一份。