使用PetaLinux在Xilinx ZYNQ-7000 AP SoC上安装Ubuntu

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有许多关于在ZYNQ处理系统上安装Ubuntu或Linaro发行版的教程，但是其中大部分已经过时，其中一些使用交叉编译工具来构建内核和内核模块，大多数初学者都觉得很难。大多数教程在FPGA部分中使用特定硬件，我们无法更改。当我第一次开始在ZYNQ ZC702上安装Ubuntu时，我不得不通过所有这些方法来确定每个工具链的任务。因此，下面将介绍使用ZC702评估套件在ZYNQ-7000 AP SoC上安装Ubuntu的最简单快捷的方法。

PetaLinux

PetaLinux是由Xilinx提供的工具链，用于为ZYNQ生成Linux内核镜像、root file system和内核模块，例如具有可编译硬件的嵌入式系统（适用于FPGA部分中不同硬件设计）。
使用PetaLinux工具链，我们可以轻松地为ZYNQ PS构建内核和模块，而无需使用交叉编译工具。使用PetaLinux一个缺点是每个PetaLinux版本都附带特定的Linux内核版本。例如，PetaLinux2016.4附带一个4.6.0的默认内核版本。但是Xilinx提供了一种改变PetaLinux默认内核版本的方法。
Note PetaLinux工具可以为特定硬件设计生成U-Boot files、First Stage Boot Loader（FSBL）和BOOT.BIN。使用Xilinx SDK可以完成同样的事。

Prerequisites

• PC with Linux installed (Preferably Ubuntu 16.04 or later)
• SD card ( 8 GB or bigger)
• SD card reader
• Xilinx ZYNQ ZC702 Evaluation Kit
• PC with Vivado 2014.4 or later installed

Start

将主要介绍如何安装PetaLinux，并准备SD卡以启动Linux。更关注只用PetaLinux。

Step 1：Install PetaLinux

PetaLinux Tools Documentation: Reference Guide (UG1144)

Step 2：Prepare SD card for booting Linux

这可以通过Linux gparted轻松完成。在Ubuntu中，打开终端：

sudo gparted

如果没有安装：

sudo apt install gparted

使用SD卡读卡器将SD卡连接到PC，然后使用上面的命令启动gparted。按一下步骤准备SD卡。

• 在gparted选择SD
• 确定卸载并删除SD卡分区，以便在gparted中显示‘unallocated’。
• 右键单击未分配的空间，并使用以下设置创建新分区:
  可用空间进程（Free Space Proceeding）：4
  新的大小（New Size）：512
  文件系统（File System）：FAT32
  标签（Label）：BOOT
  请勿更改其它设置，然后单击“添加（Add）完成。
• 右键单击剩余的未分配空间，并使用以下设置创建新分区:
  Free Space Proceeding: 0
  Free Space Following: 0
  File System: ext4
  Label: rootfs.
  请勿更改其它设置，然后单击Add完成。
• 运用所有更改，创建分区。

Step 3：Create the Hardware Design

此步骤中，我们将使用最基本的硬件设计启动Linux。根据PetaLinux Workflow Tutorial，在ZYNQ-7000中运行Linux的硬件要求很少。如下：

• 至少一个三重定时计数器（Triple Timer Counter（TTC））
• 具有至少32MB内存的外部存储控制器
• UART用于串行控制台
• 可选：Non-volatile memory（QSPI Flash，SD/MMC）
• 可选：以太网（网络访问需要）

以下步骤创建基本硬件设计：

• 打开Vivado，创建一个新的ZYNQ-7 ZC702评估开发板RTL项目
• 在“Project Manager”窗口单击“Create Block Design”
• 在“Add IP”窗口添加“ZYNQ7 Processing System ” IP
• 连接“ZYNQ7 Processing System”上的FCLK_CLK0输出pin和M_AXI_GP0_ACLK输入pin，如下图：

• 在designer assistance中单击“Run Block Automation”，结果如下：

Note “Run Block Automation”将电路板的预设添加到设计中，通常会自动设置ZYNQ PS上运行Linux所需的所有功能。但是为了确保，我们将在下一步中检查这些功能。

• 双击“ZYNQ PS IP”，打开“Re-customize IP”窗口，然后选择“Peripheral I/O Pins” tab。然后使用下图检查配置。

• 确定配置后，单击“OK”关闭窗口。
• 右键单击“block design file”，如下图所示，然后选择“Create HDL Wrapper”。勾选“Let Vivado manage wrapper and auto-update”，然后单击“OK”。

• Synthesize the design，生成比特流。
• 生成比特流后，转到File->Export->Export Hardware, 勾选“Include bitstream”，然后单击“OK”。

根据上面的步骤，创建设计的硬件描述文件（.hdf）将保存在项目目录的”project_name.sdk”文件夹中。记住这一步骤，下一步需要。
注意 对于下一步，上面的“project_name.sdk”文件夹必须与您安装PetaLinux的操作系统位于同一操作系统中。如果在不同操作系统中完成上述步骤，只需要将该文件夹复制到相关的操作系统即可。

Step 4：Generating Kernel images for the designed hardware using PetaLinux

在安装PetaLinux的Linux中打开一个Terminal，然后转到要创建PetaLinux项目的目录。将PetaLinux项目命名为“test_boot”。

• 创建项目“test_boot”，然后进入“test_boot”目录

petalinux-create --type project --template zynq --name test_boot
cd test_boot

• 如果之前产生的.hdf文件在“/home/user/basic/basic.sdk/”目录：

petalinux-config --get-hw-description=/home/user/basic/basic.sdk/

• 执行以下命令配置项目：

petalinux-config

这将跳出一个窗口（如下图所示）来配置项目。在此窗口下，为了将内核指向自定义根文件系统，需要进行配置。

1. 转到“Subsystem AUTO Hardware Settings” –> “Advanced bootable images storage Settings” –> “boot image settings”, 将“image storage media”选项设置为“primary sd”
2. 转到“Subsystem AUTO Hardware Settings” –> “Advanced bootable images storage Settings” –> “kernel image settings”，将“image storage media”选项设置为“primary sd”
3. 转到“Subsystem AUTO Hardware Settings” –> “Advanced bootable images storage Settings” –> “dtb image settings”, 将“image storage media”选项设为“primary sd”
4. 转到“Image Packaging Configuration”，将“Root filesystem type”选项设为“SD card”

选择“Exit”，并保存新的配置。

• 运行以下命令，build the project，生成引导文件

petalinux-build

• 成功build the project后，运行以下命令生成BOOT.BIN文件（这是条单命令）：

petalinux-package --boot --format BIN --fsbl ./images/linux/zynq_fsbl.elf --fpga ./images/linux/download.bit --u-boot

Note 以上命令中，使用“download.bit”作为文件名。根据自己的文件名更改命令。

Step 5：Downloading Ubuntu 16.04 LTS Root File System for ZYNQ

• Ubuntu 16.04 LTS
• Ubuntu 18.04 LTS

提取：

tar xf ubuntu...

如果SD卡的“rootfs”分区安装在“/media/rootfs”，执行下面命令解压Ubuntu root file system，并复制到“rootfs”分区，设置权限：

sudo tar xfvp ./*-*-*-armhf-*/armhf-rootfs-*.tar -C /media/rootfs/
sync
sudo chown root:root /media/rootfs/
sudo chmod 755 /media/rootfs/

Step 6: Booting Linux on ZC702

将准备好的SD卡连接到PC，并将“/images/linux/”目录的文件复制到SD卡的BOOT分区

• 从Petalinux project 目录中，运行以下命令将kernel boot files复制到BOOT 分区（如果BOOT分区安装在/media/BOOT）

sudo cp ./images/linux/* /meida/BOOT/

• 复制完成后，从PC中弹出SD卡的两个分区并将其插入ZC702板。
• 将mini-USB连接到电路板的UART端口和PC
• 将ZC702的交换配置设置为从SD卡引导（如下图所示）：

• 在PC（Minicom in Linux，putty in Windows）中设置串行端口运用程序，并打开电路板
• 如果所有的事情成功了，会在ZC702电路板上启动，默认用户名为Ubuntu，密码为temppwd

All done, Enjoy Ubuntu on ZYNQ