张昭的Blog
文章 标签 分类 关于
张昭的Blog

目录

Petalinux(三)：完全使用手册

张昭 出版于 Embedded EVR
   约 3627 字   预计阅读 8 分钟 

之前的两篇文章介绍了 Petalinux 的安装和远程启动，本手册是系列的第三篇文章。本篇以 Embedded EVR 为例，详细介绍从 FPGA 代码的综合、布局布线、生成 bit 流，到使用 Petalinux 创建工程、配置、编译和部署的过程

前提条件：一台可以联网的服务器，并且已经安装好 Vivado 软件

前言

博士期间，我主要利用 timing4(192.168.206.186) 服务器完成嵌入式 EVR 的研究，其中涉及到 FPGA 开发和嵌入式 Linux 系统。嵌入式系统的开发往往具有步骤复杂、过程繁琐的特点，Petalinux 这类自动化的软件工具大大简化了开发步骤

在 Docker 环境中使用 Petalinux 的原因，已经在系列第一篇文章中介绍了。本手册按照如下的步骤来介绍 Petalinux 的使用：

  • 在 timing4 上生成嵌入式 EVR 的 bit 流文件
  • 导出嵌入式 EVR 的硬件描述文件到 Petalinux 容器中
  • 制作 Petalinux 镜像，以 2017.04 为例
  • 使用 Petalinux 镜像创建容器
  • 启动容器，创建 Petalinux 工程
  • 修改或添加所需的设备树
  • 根据硬件描述文件配置 Petalinux
  • 配置 Linux 内核、U-Boot 和根文件系统
  • 编译整个 Petalinux 工程
  • 打包并整理内核、U-Boot 和根文件系统等镜像
  • 使用镜像文件制作可启动的 TF 卡
  • 容器使用中可能遇到的问题
  • 在遇到不可解决的问题时，恢复 Docker 环境

内容

在 timing4 上生成嵌入式 EVR 的 bit 流文件

1. 登录到 timing4 服务器的图形界面

由于我们需要使用 Vivado 工具，所以需要登录图形界面。登录 timing4 服务器的图形化界面有两种方式：

  • 使用 xrdp 协议 timing4 服务器安装了 xrdp 服务器，可以直接使用 windows 自带的远程桌面，登录 192.168.206.186.用户名使用自己的用户名，随后会提示输入密码

    https://pic.imgdb.cn/item/64a0ebcb1ddac507cc4df043.jpg

  • 使用 rustdesk timing4 服务器上安装了 rustdesk Server，远程登录需要在 timing4 上安装运行 rustdesk Client，并且在自己的电脑上也安装好 rustdesk Client。具体的操作步骤请参考rustdesk 使用手册

上述两种方式各有优劣，方式 1 不需要安装额外客户端软件，方式 2 具有文件传输等更丰富便捷的功能

2. 启动 Vivado

timing4 上的 Vivado 安装在目录/opt/Xilinx/Vivado/2017.4下，在这个目录下存在 setting64.sh 文件，其中配置了 Vivado 所需的一些环境变量以及 PATH 变量。建议在启动 Vivado 之前先执行source /opt/Xilinx/Vivado/2017.4/setting64.sh，也可以将这个命令添加进用户自己的.bashrc 或者.zshrc 中。.zshrc 中的环境变量可以参考/home/zhangzh/.zshrc

在终端中执行 vivado 命令，即可打开 Vivado 的图形化界面，此后的操作和 Windows 下一致：

https://pic.imgdb.cn/item/64a0eab41ddac507cc4c5225.jpg

3. 在 Vivado 中综合并布线嵌入式 EVR

嵌入式 EVR 的代码放在目录/home/zhangzh/Lab/vivado中，其中 test9 为 EVR 功能模块的代码，打包为自定义 IP，放在/home/zhangzh/Lab/vivado/test9/test9.ip_user_files目录下。test9_wizard 为自定义 IP 和 ZYNQ IP 的连线工程，其主要内容为 Block Design 和约束文件

https://pic.imgdb.cn/item/64a0eb2a1ddac507cc4cff4f.jpg

如果没有修改代码的需要，则只需打开 test9_wizard 工程。在下图 1 的位置有生成 bit 流的按钮，将按顺序自动的运行综合，布局布线，最后产生 bit 流。一杯咖啡后，右上角显示wirte_bitstream Complete √即表示运行成功。布线后生成的 bit 流文件为/home/zhangzh/Lab/vivado/test9_wizard/test9_wizard.runs/impl_1/design_1_wrapper.bit。这个文件可以通过 JTAG 的方式直接烧写进 FPGA 中，但无法被 U-Boot 或 xdevcfg 烧写。还需要使用 bootgen 工具将其转换为 BIN 文件格式

https://pic.imgdb.cn/item/64a0e9331ddac507cc49ee63.png

4. 将硬件描述文件导出

为什么上一步已经得到了嵌入式 EVR 的 bit 流，还需要将硬件描述文件导出？这是因为硬件描述文件(.hdf)描述了完整的硬件信息，包括 FPGA 中使用的资源，这些信息正是 Petalinux 所需要的。需要注意的是，在 Vivado 的高版本中，hdf 文件已经被 xsa 文件替代

https://pic.imgdb.cn/item/64a0eb8c1ddac507cc4d9473.jpg

此时，FPGA 部分的工作就可以结束了，Petalinux 随后会根据硬件描述文件中提供的信息去配置工程，或者从 Vivado 工程中将 bit 流文件拷贝出来。在 Petalinux 最终生成的镜像文件中，同样也包含 bit 流文件

制作 Petalinux 镜像

本节以 2017.04 版本为例，介绍如何在 timing4 上制作 Petalinux 镜像

  1. 创建 Dockerfile 文件
 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10

$ touch Dockerfile
# 将以下内容写入 Dockerfile
$ cat Dockerfile
FROM ubuntu:16.04
RUN dpkg --add-architecture i386
RUN apt update \
        && apt install -y sudo libssl-dev flex bison chrpath socat autoconf libtool texinfo gcc-multilib libsdl1.2-dev libglib2.0-dev screen pax net-tools wget diffstat xterm gawk xvfb git make libncurses5-dev tftpd zlib1g libssl-dev gnupg tar unzip build-essential libtool-bin dialog cpio lsb-release zlib1g:i386 zlib1g-dev:i386 locales openjdk-8-jdk"

# build 镜像
$ docker build -t <image_name> .

使用 docker images 命令来管理镜像。latest 为默认的镜像 tag

https://pic.imgdb.cn/item/64a0f9681ddac507cc63e20a.jpg

使用 Petalinux 镜像创建容器

获得镜像后，创建一个容器

1
2
3
4
5
6

# 使用镜像创建容器
$ docker run -it --name <name> -v <dir:dir> --user root <image_name> /bin/bash

# 使用 docker exec 命令启动 docker
$ docker start name
$ docker exec --user root -it <name> /bin/bash

进入容器后，在容器中继续执行安装

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24

# 添加普通用户
$ adduser <user_name>

# 修改 /etc/sudoers 文件，添加 sudo 权限

# 用普通用户身份启动 docker
$ docker exec --user <user_name> -it <name> /bin/bash

# 配置安装 locales， 使用 en_US.UTF-8
$ sudo dpkg-reconfigure locales

# 设置 LANG 环境变量为 en_US.UTF-8
$ export LANG="en_US.UTF-8"

# 从共享目录中将 Petalinux 安装镜像 copy 到容器中
$ cp /mnt/petalinux/petalinux-v2017.4-final-installer.run ~

# 执行安装，lisence 输入 yes
$ ./petalinux-v2017.4-final-installer.run dir

# 安装完成后，source Petalinux 的安装目录中的 setting.sh

# petalinux 开头的命令可以使用
$ petalinux-xxx

使用 docker ps -a 查看所有的容器 https://pic.imgdb.cn/item/64a0fa761ddac507cc657d99.jpg

其中 petalinux_image 创建了 2 个容器，这两个容器是相关不关联的

注意：mzz2017/v2raya 镜像和 v2ray 容器是 timing4 服务器上的系统代理，用于访问外网。在浏览器中输入localhost:2017，管理代理的节点

进入容器

此时 petalinux_20220621 容器已被成功创建

timing4 每次重启后，都需要运行docker start petalinux_20220621来启动容器。然后使用docker exec --user zhangzh -it petalinux_20220621 /bin/bash 命令来进入容器，--user后应为自己在容器中新建的用户。使用 exit 退出容器，此时容器没有关闭，下次仍然使用docker exec命令进入

需要注意的是：Petalinux 不支持除了 bash 以外的其他 shell

为了方便每次 source Petalinux 的安装目录中的 setting.sh，可以在自己的目录下的.bashrc文件中添加如下内容：

1
2
3
4

$ tail -3 .bashrc
export LANG="en_US.UTF-8"
cd $HOME
source /xxx/settings.sh

创建 Petalinux 工程

进入 Petalinux 环境后，在普通用户下新建工程目录，然后使用petalinux-creat创建一个工程

1

$ petalinux-create --type <project_type> --template zynq --name xxx
  • 这里的 type 是创建的类型，有三种类型：
    • project: petalinux 标准的工程
    • apps: linux 用户态应用程序，首先创建好 project，在到工程目录下使用petalinux-create -t apps --template install --name <app-name> --enable命令创建一个应用。--template可以选择 c、c++等模板。然后将应用程序代码拷贝到components/apps/<app-name>/src目录下，应用程序就可以被 Petalinux 编译并包含在根文件系统镜像中
    • modules: linux 内核态模块，用于在 Petalinux 环境下编写内核模块代码，编写的内核模块会被包含在根文件系统镜像中

在嵌入式 EVR 中，只需要创建 project，应用程序 EPICS 不通过 Petalinux 来编译

1

$ petalinux-create --type project --template zynq --name embedded_evr

此时，一个 Petalinux 工程就被创建完毕了。此时目录中只有config.project文件和project-spec目录

添加设备树节点

在工程创建好以后，我们先不导入硬件配置，而要添加我们需要的代码。对于嵌入式 EVR，FPGA 部分相当于 Linux 的设备，所以需要添加一个挂在 AXI 总线上的节点

ZYNQ 本身带了一些设备树文件，Petalinux 会默认包含并编译这部分设备树文件。这些设备树文件用于 PS 部分一些标准的系统和 FPGA 部分的官方 IP。对于嵌入式 EVR 这种自定义的设备，就需要添加新的设备树。Petalinux 中添加设备树不需要修改 ZYNQ 的设备树代码，而是在目录/home/zhangzh/workspace/embedded_evr/project-spec/meta-user/recipes-bsp/device-tree/files下的system-user.dtsi文件中进行修改

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
12
13
14
15
16
17
18

# 添加如下内容

/include/ "system-conf.dtsi"
/ {
amba_pl: amba_pl {
                #address-cells = <1>;
                #size-cells = <1>;
                compatible = "simple-bus";
                ranges ;
                uio_dev@43c00000 {
                        compatible = "generic-uio";
                        interrupt-controller;
                        interrupt-parent = <&intc>;
                        interrupts = <0x0 0x1d 0x1>;
                        reg = <0x43c00000 0x10000>;
                };
        };
};

为了让内核匹配设备驱动程序，还需要修改内核启动参数，将generic-uio标识符传入内核。通常有两种方式，可以在petalinux config后或者直接在上述文件中添加 bootargs 变量

1
2
3
4
5
6

# 添加内核启动参数

chosen {
            bootargs = "console=ttyPS0,115200 earlyprintk uio_pdrv_genirq.of_id=generic-uio root=/dev/mmcblk0p2 rw rootwait";
            stdout-path = "serial0:115200n8";
        };

在设备树中添加的内核参数会被 U-Boot 程序读取，并设置 U-Boot 的 bootargs 变量。其中，对于 ZYNQ console 的值为 ttyPS0，波特率取决于串口芯片。root 挂载的文件系统必须是 linux 系统支持的根文件系统设备名。uio_pdrv_genirq.of_id表示了uio_pdrv_genirq这个驱动程序匹配字符串，需要和设备树中的一致

另一种方式是petalinux-config后，在 tui 界面中找到user set bootargs并添加

https://pic.imgdb.cn/item/64a6d1e21ddac507ccc1a71a.png

根据硬件描述文件配置 Petalinux

随后，执行如下命令，Petalinux 会从 vivado 工程中导入硬件描述文件，并自动完成硬件的相关配置

1

 petalinux-config --get-hw-description /mnt/vivado/test9_wizard/test9_wizard.sdk

上述命令有几个需要注意的点：

  • 容器内部的/mnt 目录也就是外部系统的共享目录。创建容器时，需要将/home/zhangzh/Lab目录和容器的/mnt目录共享。如果共享了别的目录，应该修改这里的路径，使 Petalinux 找到 vivado 工程的目录
  • 嵌入式事件定时系统的 hdf 文件导出到了 test9_wizard 路径下
  • 路劲需要写到 vivado 工程根目录下的 sdk 文件夹
  • 命令执行期间会弹出 tui 界面进行配置

对于嵌入式事件定时系统，需要在此时更改上一节中所描述的内核启动参数

Petalinux ZYNQ
更新于 2023-09-01
阅读原始文档