ZYNQ Linux作業系統移植四個部分說明文檔

2020-12-15 電子發燒友

ZYNQ Linux作業系統移植四個部分說明文檔

Felven的博客 發表於 2020-12-14 14:59:02

一、組成
ZYNQ上面移植Linux作業系統包括四個部分，uboot,devicetree,kernel,ramdisk.

其中uboot類似於bios，負責對設備進行簡單的初始化，devicetree以樹的形式對zynq相連的硬體設備進行描述，kernel是加載的作業系統內核，ramdisk是作業系統啟動之後掛載的文件系統。

 

 

二、啟動過程
移植作業系統後zynq的啟動過程如下，首先加載bootrom（zynq中自帶，用戶無法修改），然後執行fsbl（這個根據硬體在sdk中創建），然後執行uboot，uboot會將kernel、devicetree和ramdisk載入ddr，跳轉到內核入口處執行，這樣linux就啟動了。

 

 

對bootrom、fsbl和uboot詳細描述如下。

 

 

三、uboot設置
uboot可以從xilinx 官方github上面下載，地址是：

通常uboot不需要升級，目前使用的版本為xilinx 2015年底發布的版本2015.4.不過針對不同的模塊uboot需要進行修改，主要修改下面幾個地方。

1、參考時鐘修改
地址位於arch/arm/cpu/armv7/zynq/clk.c

由於ZYNQ設計大多使用50M參考時鐘，需要更改參考時鐘

# define CONFIG_ZYNQ_PS_CLK_FREQ  33333333UL更改為

# define CONFIG_ZYNQ_PS_CLK_FREQ  50000000UL

2、串口配置修改
地址位於include/configs/zynq_zc70x.h

根據硬體串口情況進行配置

#define CONFIG_ZYNQ_SERIAL_UART1 使用串口1

#define CONFIG_ZYNQ_SERIAL_UART0 使用串口0

如果兩個串口都啟用，一起配置即可。

3、DDR配置修改
地址位於include/configs/zynq_zc70x.h

根據DDR實際大小地址修改配置參數

#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
地址位於include/configs/zynq_zc70x.h

根據硬體PHY地址進行配置，通常硬體會將PHY地址設置為0

#define CONFIG_ZYNQ_GEM_PHY_ADDR0   0

如果硬體啟用了兩個網卡，則需要設置兩個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、啟動方式配置
地址位於include/configs/zynq_common.h

如果使用QSPI flash方式啟動，需要配置QSPI FLASH對應地址，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位址配置
地址位於include/configs/zynq_common.h

#define CONFIG_IPADDR                  192.168.100.12 //uboot啟動時板子的IP位址

#define CONFIG_SERVERIP               192.168.100.6 //uboot啟動時能訪問的遠程伺服器地址，若採用TFTP加載，需要將本地電腦配置為該地址

7、啟動延遲設置
地址位於include/configs/zynq_common.h

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

Uboot默認延遲7s再從QSPI flash中加載作業系統，如果設置為-1表明禁止自動加載

8、初始化設置
地址位於net/eth.c  和 arch/arm/lib/board.c

Uboot中需要對5396進行初始化，同時使用GPIO對PHY或NOR FLASH等進行復位，可以在eth.c中增加代碼

void mygpio_init()

{    }

然後將Mygpio_init()加入到arch/arm/lib/board.c中

9、Uboot編譯
修改完成後，可以使用下列命令編譯產生uboot

進入u-boot文件夾

$ make distclean  //文件夾清理

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

 

 

$ make

編譯完成後文件夾下會出現u-boot文件，將其修改為u-boot.elf

 

 

3、將dtsi,dts文件拷入linux系統下，使用dts工具製作devicetree.dtb文件

 

 

4、如果需要修改devicetree文件，可以通過dtc工具轉換為可讀文件dts

 

 

生成的1.dts可打開，裡面能看到zynq端的外設信息和啟用情況。通常需要修改網卡配置，如下，下例中phy地址為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 = ;

                                     };

                            };

                   };

當對dts修改完成後，再次使用dtc工具編譯產生devicetree.dtb即可

五、文件系統設置
文件系統一般隨zynq開發板發布，可以從prebuit中找到文件系統的tar文件

 

 

在文件系統中，如果需要添加用戶自定義的shell腳本或可執行程序，可以放在/usr/bin目錄下。如果要設置系統自啟動項，可以在/etc/rc5.d中增加shell腳本。

 

 

1、文件系統製作
當修改完rootfs後，可以通過下面命令製作uramdisk文件系統

$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

執行完畢將會得到uramdisk.image.gz

六、內核配置
內核可以從xilinx官方git下載，地址：

目前linux內核中已經集成了常見的驅動，驅動源碼位於drivers文件夾下。針對內核的修改位於 arch/arm/configs/xilinx_zynq_defconfig文件中，該文件中定義了內核所包含的驅動程序。

1、調試輸出列印
在xilinx_zynq_defconfig中，需要根據硬體設計正確配置串口列印。

CONFIG_DEBUG_LL=y

CONFIG_DEBUG_ZYNQ_UART0=y //使用串口0列印輸出

CONFIG_EARLY_PRINTK=y

2、內核編譯
修改完xilinx_zynq_defconfig後，可以使用下面命令編譯內核

$sudo //編譯內核需要運行在root權限下

$make distclean //清理文件

$make ARCH=arm xilinx_zynq_defconfig //讀取內核配置信息，即xilinx_zynq_defconfig中的內容

$make ARCH=arm menuconfig //進入內核菜單進行可視化配置，如果xilinx_zynq_defconfig中對內核配置準確時，該步驟可以省略

$make ARCH=arm UIMAGE_LOADADDR=0x8000 uImage -j4 //編譯產生uImage

產生的文件位於arch/arm/boot文件夾內

 

 

七、常見驅動
1、I2C驅動
目前板子上都會用到I2C，首先需要知道I2C從設備的地址，如2/4/8這些.在devicetree中進行設置

 

 

編譯內核的時候加入該驅動，同時修改makefile和kconfig文件

 

 

這樣在編譯內核的時候就能看到將驅動編進內核的選項了。

 

 

 

 

2、ADC驅動
ADC為ZYNQ用來監測電壓或電流的通道，目前ZYNQ中集成了16個通道，首先需要在devicetree中設置啟用的通道，圖中啟用的是0,1,8三個通道

 

 

 

 

 

 

 

 

3、NOR FLASH驅動
NOR FLAHS驅動主要實現文件系統的掛載，這裡不需要設置devicetree，只需要在內核中添加掛載文件系統的代碼

 

 

上圖中將NOR FALSH分為2個區，大小分別為32MB和64MB，需要注意的是NOR FLASH的起始地址和容量大小設置

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

#defineWINDOW_SIZE 0x8000000 //nor flash大小

在makefile中將該驅動編譯進內核即可

 

 

4、外部中斷驅動
當zynq接收來自外部的GPIO中斷時，需要使用UIO機制及時響應中斷，首先在devicetree中模擬出四個GPIO設備

 

 

注意上面的中斷號0x1e-0x21要與硬體實際相連的中斷管腳一致。

同時在devicetree中啟用UIO機制

 

 

當作業系統啟動完成後就能看到四個外部GPIO設備產生的中斷了

 

 

八、啟動文件製作
如下圖所示，在SDK中創建boot.bin需要包含下面五個文件

Fsbl.elf

Zynq_top.bin

u-boot.elf

uImage

devicetree.dtb

uramdisk.image.gz

製作過程中需要正確配置uimage,devicetree.dtb,uramdisk.image.gz的地址，讓其與u-boot中從QSPI flash加載地址匹配

 

 

 

 

 

 

製作完成後將boot.bin通過下載電纜燒入QSPI FLASH中即可。
編輯：hfy

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