Linux操作系统移植

1万 · 2021-10-30 18:20

一、组成
ZYNQ上面移植Linux操作系统包括四个部分，uboot,devicetree,kernel,ramdisk.

其中uboot类似于bios，负责对设备进行简单的初始化，devicetree以树的形式对zynq相连的硬件设备进行描述，kernel是加载的操作系统内核，ramdisk是操作系统启动之后挂载的文件系统。

二、启动过程
移植操作系统后zynq的启动过程如下，首先加载bootrom（zynq中自带，用户无法修改），然后执行fsbl（这个根据硬件在sdk中创建），然后执行uboot，uboot会将kernel、devicetree和ramdisk载入ddr，跳转到内核入口处执行，这样linux就启动了。

对bootrom、fsbl和uboot详细描述如下。

三、uboot设置
uboot可以从xilinx 官方github上面下载，地址是：

通常uboot不需要升级，目前使用的版本为xilinx 2015年底发布的版本2015.4.不过针对不同的模块uboot需要进行修改，主要修改下面几个地方。

1、参考时钟修改
地址位于arch\arm\cpu\armv7\zynq\clk.c

由于ZYNQ设计大多使用50M参考时钟，需要更改参考时钟

# define CONFIG_ZYNQ_PS_CLK_FREQ 33333333UL更改为

# define CONFIG_ZYNQ_PS_CLK_FREQ 50000000UL

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

根据硬件串口情况进行配置

#define CONFIG_ZYNQ_SERIAL_UART1 使用串口1

#define CONFIG_ZYNQ_SERIAL_UART0 使用串口0

如果两个串口都启用，一起配置即可。

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

根据DDR实际大小地址修改配置参数

#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

根据硬件PHY地址进行配置，通常硬件会将PHY地址设置为0

#define CONFIG_ZYNQ_GEM_PHY_ADDR0 0

如果硬件启用了两个网卡，则需要设置两个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、启动方式配置
地址位于include\configs\zynq_common.h

如果使用QSPI flash方式启动，需要配置QSPI FLASH对应地址，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启动时板子的IP地址

#define CONFIG_SERVERIP 192.168.100.6 //uboot启动时能访问的远程服务器地址，若采用TFTP加载，需要将本地电脑配置为该地址

7、启动延迟设置
地址位于include\configs\zynq_common.h

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

Uboot默认延迟7s再从QSPI flash中加载操作系统，如果设置为-1表明禁止自动加载

8、初始化设置
地址位于net\eth.c 和 arch\arm\lib\board.c

Uboot中需要对5396进行初始化，同时使用GPIO对PHY或NOR FLASH等进行复位，可以在eth.c中增加代码

void mygpio_init()

{ }

然后将Mygpio_init()加入到arch\arm\lib\board.c中

9、Uboot编译
修改完成后，可以使用下列命令编译产生uboot

进入u-boot文件夹

$ make distclean //文件夹清理

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

$ make

编译完成后文件夹下会出现u-boot文件，将其修改为u-boot.elf

1万 · 2021-10-30 18:20

四、devicetree设置
devicetree源文件可以从xilinx官方下载，地址：https://github.com/Xilinx/device-tree-xlnx/releases

不同板子的devicetree可以根据xilinx sdk生成，操作过程如下。

1、在XILINX SDK中打开板子的ZYNQ工程，在xilinx tools中添加devicetree的源文件地址

2、创建devicetree BSP文件

创建完成后得到文件如下

3、将dtsi,dts文件拷入linux系统下，使用dts工具制作devicetree.dtb文件

4、如果需要修改devicetree文件，可以通过dtc工具转换为可读文件dts

生成的1.dts可打开，里面能看到zynq端的外设信息和启用情况。通常需要修改网卡配置，如下，下例中phy地址为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 = ;

};

当对dts修改完成后，再次使用dtc工具编译产生devicetree.dtb即可

1万 · 2021-10-30 18:20

五、文件系统设置
文件系统一般随zynq开发板发布，可以从prebuit中找到文件系统的tar文件

解压后得到的文件如下

在文件系统中，如果需要添加用户自定义的shell脚本或可执行程序，可以放在/usr/bin目录下。如果要设置系统自启动项，可以在/etc/rc5.d中增加shell脚本。

这里进行了IP地址的配置

1、文件系统制作
当修改完rootfs后，可以通过下面命令制作uramdisk文件系统

$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

执行完毕将会得到uramdisk.image.gz

六、内核配置
内核可以从xilinx官方git下载，地址：

目前linux内核中已经集成了常见的驱动，驱动源码位于drivers文件夹下。针对内核的修改位于 arch\arm\configs\xilinx_zynq_defconfig文件中，该文件中定义了内核所包含的驱动程序。

1、调试输出打印
在xilinx_zynq_defconfig中，需要根据硬件设计正确配置串口打印。

CONFIG_DEBUG_LL=y

CONFIG_DEBUG_ZYNQ_UART0=y //使用串口0打印输出

CONFIG_EARLY_PRINTK=y

2、内核编译
修改完xilinx_zynq_defconfig后，可以使用下面命令编译内核

$sudo //编译内核需要运行在root权限下

$make distclean //清理文件

$make ARCH=arm xilinx_zynq_defconfig //读取内核配置信息，即xilinx_zynq_defconfig中的内容

$make ARCH=arm menuconfig //进入内核菜单进行可视化配置，如果xilinx_zynq_defconfig中对内核配置准确时，该步骤可以省略

$make ARCH=arm UIMAGE_LOADADDR=0x8000 uImage -j4 //编译产生uImage

产生的文件位于arch\arm\boot文件夹内

1万 · 2021-10-30 18:21

七、常见驱动
1、I2C驱动
目前板子上都会用到I2C，首先需要知道I2C从设备的地址，如2\4\8这些.在devicetree中进行设置

在内核中添加1848的驱动

编译内核的时候加入该驱动，同时修改makefile和kconfig文件

这样在编译内核的时候就能看到将驱动编进内核的选项了。

编译完内核后，启动时就能看到1848的从设备

2、ADC驱动
ADC为ZYNQ用来监测电压或电流的通道，目前ZYNQ中集成了16个通道，首先需要在devicetree中设置启用的通道，图中启用的是0,1,8三个通道

内核中启用ADC驱动

系统启动后就能看到输出了，这里输出的是温度值

实际温度还需要进行换算，结果如下

3、NOR FLASH驱动
NOR FLAHS驱动主要实现文件系统的挂载，这里不需要设置devicetree，只需要在内核中添加挂载文件系统的代码

上图中将NOR FALSH分为2个区，大小分别为32MB和64MB，需要注意的是NOR FLASH的起始地址和容量大小设置

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

#defineWINDOW_SIZE 0x8000000 //nor flash大小

在makefile中将该驱动编译进内核即可

启动后就能看到挂载的文件系统了

4、外部中断驱动
当zynq接收来自外部的GPIO中断时，需要使用UIO机制及时响应中断，首先在devicetree中模拟出四个GPIO设备

注意上面的中断号0x1e-0x21要与硬件实际相连的中断管脚一致。

同时在devicetree中启用UIO机制

在编译内核时将UIO驱动编译进内核

当操作系统启动完成后就能看到四个外部GPIO设备产生的中断了

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