Building-a-Linux-systems-for-ZCU102

• 移植linux系统到ZCU102

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  • 0 环境
    • 0.1 格式化SD卡并分区
  • 1 制作BOOT相关文件
    • 1.0 源码下载
    • 1.1 制作BOOT.BIN文件
      • 1.1.1 创建vivado工程，导出hdf文件，生成bit流
      • 1.1.2 制作FSBL
      • 1.1.3 制作PMU固件
      • 1.1.4 制作ATF(ARM Trusted Firmware)
      • 1.1.5 制作u-boot
      • 1.1.6 制作BOOT.BIN文件
    • 1.2 制作DTB文件
      • 1.2.1 制作设备树编译器DTC（device tree compiler）
      • 1.2.2 制作DTB文件
    • 1.3 编译内核
      • 1.4 拷贝到SD卡
  • 2 制作根文件系统RootFS
    • 2.1 制作步骤
  • 3 启动验证
  • 4 后续完善
  • 5 参考

0 环境

• 装有Linux系统的上位机（或虚拟机）一台，本实验使用Linux版本为Ubuntu 16.04.6 LTS
• Xilinx Zynq系列ZCU102开发板一块
• 上位机安装vivado，本实验所用版本为2018.3
• 移植的Linux版本见下文“源码下载”

0.1 格式化SD卡并分区

• 本实验最终的linux系统以开发板SD卡启动作为启动方式，需要配置SD卡并建立分区。见UG1144第七章
• 使用gparted将SD卡格式化，并新建分区
  • 安装gparted工具：sudo apt-get install gparted
  • 运行：sudo gparted
• 之后在gparted对SD卡进行分区。分2个主分区，第一个分区取名（设置卷标）为BOOT，文件系统选择FAT32，容量为1GB（大于60MB）；第二个分区取名为RootFS，占有剩余的全部容量，文件系统选择EXT4。

1 制作BOOT相关文件

1.0 源码下载

• 从github上下载由xilinx提供的linux内核、u-boot源码以及其他相关的工程插件，下载时一定要注意统一源码以及工程的版本。相应的下载地址如下：

  编号	网址
  1	内核源码
  2	u-boot源码
  3	DTG插件
  4	DTC
  5	ATF
  6	Xilinx Xen branch
  7	Xilinx embeddedsw repository

  

• 特别的，vivado工程生成的设备树源码文件有问题，可以用patelinux建立，此处直接给出，即files中zcu102-rev1.0.dts

1.1 制作BOOT.BIN文件

1.1.1 创建vivado工程，导出hdf文件，生成bit流

• 打开vivado，新建工程，板卡选择zcu102，打开Blockdesign，对MPSOC进行automatic，连线clock如下图

  

• 保存、编译，然后使用vivado的generate output products功能，生成相关 IP 的网表、设计、仿真文件。选择 create HDL Wrapper，自动生成 HDL顶层代码（vivado的主要优势，无需关心HDL级设计，通过高层综合生成HDL级IP核）

• 生成bitstream文件design_1_wrapper.bit，选择 Export Hardware导出硬件配置文件，硬件设计部分到此完成，然后Launch SDK

1.1.2 制作FSBL

• FSBL的全称为first stage boot loader，是zynq启动第一阶段的加载程序，经过了FSBL这一阶段，后面系统才能够运行裸机程序或者是引导操作系统的u-boot。可以使用SDK软件来创建FSBL：

  • 硬件设计已经整合在了design_1_wrapper_hw_platform_0中
  1. 打开SDK软件，New->Application Project->Next->finish

  

  2. 在FSBL->src->xfsbl_debug.h中添加 #define FSBL_DEBUG_INFO ->保存。这样做的目的是为了在上电后输出FSBL的调试信息，以便出现问题时定位问题所在

  

  3. 保存后，自动编译，在工程文件夹.sdk目录下FSBL目录（名称为自定义，可能不相同）下Debug内生成FSBL.elf文件

1.1.3 制作PMU固件

• PMU: platform management unit, 平台管理单元负责在加载FSBL之前进行调试，系统和软件的复位。PMU固件可以通过SDK软件创建

• New->Application Project->Processor选择psu_pmu_0，点击Next，选择Zynq PMU Firmware->finish，最后在工程目录下.sdk目录下/PMU/Debug/下生成可执行文件PMU.elf

  

  

  

1.1.4 制作ATF(ARM Trusted Firmware)

• ATF的主要功能是在安全环境与非安全环境切换。创建ATF是创建BOOT.bin文件必不可少的一环

• 从链接中下载arm-trusted-firmware-xilinx-v2018.3.zip，解压后进入文件夹（本实验为arm-trusted-firmware-master）。

• 执行make命令

  make CROSS_COMPILE=aarch64-none-elf- PLAT=zynqmp RESET_TO_BL31=1

  

• 编译完成后可以在/arm-trusted-firmware-master/build/zynqmp/release/bl31/发现可执行文件bl31.elf

  

1.1.5 制作u-boot

• 从链接下载相应版本的u-boot源码，并解压到合适路径下，下文以./u-boot-xlnx-xilinx-v2018.3代指

  1. 添加正确的路径变量，此处作为临时环境变量添加，对于ZCU102：

  export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
  export ARCH=aarch64

  

  2. 编译u-boot源码(编译方法与源码版本有关，这里使用的是2018.3版本)：

  make distclean
  make xilinx_zynqmp_zcu102_rev1_0_defconfig
  make

  编译完成后可以在./u-boot-xlnx-xilinx-v2018.3/下发现可执行文件u-boot.elf

  

1.1.6 制作BOOT.BIN文件

• 可以使用SDK软件来制作BOOT.bin文件

  1. SDK->Xilinx->Create Boot Image

     

  2. 选择create new BIF file

     • Boot image的五个文件：FSBL 文件FSBL.elf，PMU 文件PMU.elf，bit流文件design_1_wrapper.bit，ATF文件bl31.elf，u-boot文件u-boot.elf。按照之前记录的路径导入。选择合适的目标路径Output Path

       • FSBL

       

       • PMU

       

       • ATF

       

       • Bitstream

       

       • u-boot

       

       • 准备完成

       

  3. Create Image，可以发现目标路径Output Path中生成了output.bif与BOOT.bin文件，两个文件尚存在问题，需要先修改output.bif并用正确的output.bif生成正确的BOOT.bin

     

  4. 找到output.bif打开，按照这样修改：

     • 修改前

     

     • 修改后

     

  5. 再次打开Xilinx->Create Boot Image，选择Import from existing BIF file，导入之前的output.bif，再一次Create Image，在目标路径Output Path得到BOOT.bin

     回到顶部

1.2 制作DTB文件

1.2.1 制作设备树编译器DTC（device tree compiler）

• DTC用于将SDK软件生成的.dts、.dtsi文件编译为.dtb文件

• 在链接网站下载dtc，放置在一个合适的路径下，本实验路径为/ArmProject/Ubuntu_Desktop_Release_2018_3/，下文以 /dirDTC 代替

  1. 进入/dirDTC目录，执行make命令。在执行过程中可能会遇到报错

  

  暂时的解决办法是根据错误信息将

  if ((int) ((yy_n_chars) + number_to_move) > YY_CURRENT_BUFFER_LVALUE->yy_buf_size

  修改为

  if ((unsigned int) ((yy_n_chars) + number_to_move) > YY_CURRENT_BUFFER_LVALUE->yy_buf_size)

  编译完成后，可以在/dirDTC路径下发现可执行文件dtc.elf

  2. 将当前路径添加到 $PATH 变量中。这里不推荐使用export命令因为在后续的步骤中才会使用到DTC，而使用export命令添加$PATH变量的效果是暂时的，关掉shell后就会失效。建议编辑.bashrc文件 vim ~/.bashrc，在文件末尾添加(路径根据自己的情况填写)

  export PATH="/dirDTC /dtc:$PATH"

  保存退出后输入命令source ~/.bashrc使添加立即生效。然后在使用export -p 或echo $PATH查看是否添加成功

  

1.2.2 制作DTB文件

• 使用SDK软件制作DTS/DTSI文件
• 从链接下载DTG，解压

  1. 打开SDK-> Xilinx Tools > Repositories

     

  2. 点击New->选择DTG所在的目录->点击OK

     

  3. 选项File->New->Board Support Package->Board Support Package OS: device-tree->Finish

     

  4. 在弹出的窗口中，在bootargs一栏输入如下内容，其他可保持不变，点击OK即可

     console=ttyPS0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw earlyprintk rootfstype=ext4 rootwait devtmpfs.mount=0

     

  5. 然后可以发现在当前目录下生成一个设备树文件夹，其中有数个.dts、.dtsi后缀文件

     

  6. 将files中的zcu102-rev1.0.dtsi的文件拷贝到设备树目录下，并且在system-top.dts文件中添加：#include "zcu102-rev1.0.dtsi"，如下图

     

  7. 预处理.dts/.dtsi文件，执行如下命令，将归集dts文件到一个文件中，生成system-top.dts.preprocessed文件

     cpp -nostdinc -I include -I arch  -undef -x assembler-with-cpp  system-top.dts system-top.dts.preprocessed

     

  8. 编译设备树，执行命令：dtc -I dts -O dtb system-top.dts.preprocessed -o system.dtb 生成DTB文件devicetree.dtb

     

  9. 编译完成后，终端中有如下输出

     

  10. 移植全部完成后的验证->若设备树文件正确，ifconfig后应观察到以太网卡eth0正常

      

1.3 编译内核

1. 配置内核，执行命令 make ARCH=arm64 xilinx_zynqmp_defconfig

   

2. 输入make ARCH=arm64 menuconfig 执行该命令后会进入图形化的配置界面，暂时保持默认设置，直接exit

   

3. 配置交叉编译路径 export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-

4. 编译内核 make ARCH=arm64

   

5. 编译完成后，可以在./linux-xilinx-v2018.3/arch/arm64/boot发现可执行文件Image.elf

   

1.4 拷贝到SD卡

• 将以上文件BOOT.bin（1.1.6生成），devicetree.dtb（1.2.2生成），Image.elf（1.3生成）拷贝到SD卡BOOT分区。至此，BOOT相关文件准备完毕 回到顶部

2 制作根文件系统RootFS

• 从官网下载ubuntu-base-arm64压缩文件。注意一定要下载arm64版本的
• 新建目录：mkdir ubuntu-rootfs 模拟存放将要放置于SD卡文件系统分区的文件
• 将下载来的压缩文件解压到新建的目录中：tar xvf ubuntu-base-16.04.6-base-arm64.tar.gz -C ./ubuntu-rootfs

2.1 制作步骤

1. 安装qemu-user-static（此处安装到/usr/bin/目录下）：sudo apt-get install qemu-user-static 这是由于我们的开发机是x86架构的。如果想要制作适用于ARM的文件系统，就需要下载 qemu-user-static 来模拟arm环境

2. 进入之前创建的ubuntu-rootfs/路径下，将qemu-aarch64-static复制到ubuntu-rootfs/usr/bin

   cp /usr/bin/qemu-aarch64-static  ./usr/bin

   

3. 将本机的DNS配置文件复制到ubuntu-rootfs/etc/, 这样进入chroot环境后才能正常访问网络

   cp -b /etc/resolv.conf ./etc/

4. 修改ubuntu-rootfs/tmp/文件权限:

   chmod 777 ./tmp

   这是为了进入chroot环境后可以正常的更新软件源。如果跳过该步在更新软件源时会遇到signature verification error的问题，导致无法更新软件源。之后执行命令cd .. 切换到ubuntu-rootfs/的上级目录

   

5. 挂载ubuntu-rootfs，进入chroot环境，此处需要一个脚本文件 ch-mount.sh，放在ubuntu-rootfs的上级目录，其具体内容见 files

   sudo bash ch-mount.sh -m ubuntu-rootfs/

   接下来的步骤都是在此虚拟环境中进行，直到退出chroot环境

6. 挂载后更新软件源:apt-get update apt-get upgrade

7. 安装必要的工具包:

   apt-get install sudo
   apt-get install vim
   apt-get install language-pack-en-base
   apt-get install language-pack-zh-hans-base
   apt-get install dialog
   apt-get install ssh ethtool iputils-ping net-tools ifupdown

   在安装language-pack-en-base后需要配置local文件：

   vim /etc/default/locale
   LANG="en_US.UTF-8"
   LANGUAGE="en_US:en"
   LC_ALL="en_US.UTF-8"

8. 添加用户:

   useradd -s '/bin/bash' -m -G adm,sudo 610
   echo "Set password for 610:"
   passwd 610

   将用户“610”的密码设置为610

   echo "Set password for root:"
   passwd root

   将root 的密码设置为 root

9. 设置主机名与入口ip

   echo 'ubuntu-610' > /etc/hostname
   echo "127.0.0.1 localhost" >> /etc/hosts
   echo "127.0.1.1 ubuntu-610" >> /etc/hosts

10. 配置登录的串口（关键）

    cp /lib/systemd/system/[email protected] /lib/systemd/system/[email protected]
    vim /lib/systemd/system/[email protected]

    

    ln -s /lib/systemd/system/[email protected] /etc/systemd/system/getty.target.wants/[email protected]

11. 配置网络

    echo auto eth0 > /etc/network/interfaces.d/eth0
    echo iface eth0 inet dhcp >> /etc/network/interfaces.d/eth0

12. 设置自动更新DNS

    apt-get install resolvconf
    dpkg-reconfigure resolvconf

    会弹出configuring resolvconf等窗口，都直接选退出

    

13. 设置时区

    apt-get install tzdata
    dpkg-reconfigure tzdata

    弹出窗口，按需选择即可

    

14. 退出chroot环境，取消挂载

    exit
    sudo bash ch-mount.sh -u ubuntu-rootfs/

    

2.2 拷贝到SD卡

• 将ubuntu-rootfs路径下全部内容拷贝到SD卡（其中/media/ego/RootFS路径可以在主机/虚拟机文件系统目录左侧“计算机”位置附近“RootFs”处找到，右键->属性，“ego”为本实验用户名，请实验者替换成自己的用户名）

  sudo rsync -avSH （自己的ubuntu-rootfs上级路径）/ubuntu-rootfs/* /media/ego/RootFS

  至此，RootFS相关文件也已准备完毕。包含整个Linux系统和文件系统的SD卡内容已齐全，可以上板验证 回到顶部

3 启动验证

• 插入SD卡上电，发现文件系统可以启动并登录

  

  上电时要插上网线，因为启动过程中会拉起网口，如果不插网线会等待5分钟再跳过该步骤，导致启动变慢（后续可以设置缩短等待时间）

• 可以执行ifconfig、ping命令查看网卡设备是否正常工作

  回到顶部

4 后续完善

• 登录后进行更新软件、安装工具包network-manager、 rsyslog。这两个工具包具有网络设备管理、系统日志管理的功能，是十分必要的工具包

• 编写一个简单的C++程序，编译生成可执行文件并运行

  

  

  

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5 参考

• Xilinx Open Source Linux
• ZCU102板移植开源linux系统（不用petalinux）笔记
• ubuntu16.04最小根文件系统制作及集成安装ros-kinetic-ros-base及遇到的各种坑
• arm移植ubuntu系统出现A start job is running for dev-ttymxc0.device
• 如何製作ubuntu arm64的rootfs檔案