20另一种方式编译 ZYNQ 镜像

ARM Linux 驱动开发简述

前面学习了 Ubuntu 操作系统、 Petalinux 工具的使用、系统移植，就是为了ARM Linux 驱动开发 做准备。

本篇将学习Linux 中的三大类驱动：字符设备驱动、块设备驱动和网络设备驱动。

其中字符设备驱动是占用篇幅最大的一类驱动，因为字符设备最多，从最简单的 LED 到 I2C、SPI、音频等都属于字符设备驱动的类型。

块设备和网络设备驱动要比字符设备驱动复杂，就是因为其复杂所以半导体厂商一般都给我们编写好了，大多数情况下都是直接可以使用的。

所谓的块设备驱动就是存储器设备的驱动，比如 EMMC、NAND、SD 卡和U 盘等存储设备，因为这些存储设备的特点是以存储块为基础，因此叫做块设备。

网络设备驱动就更好理解了，就是网络驱动，不管是有线的还是无线的，都属于网络设备驱动的范畴。

一个设备可以属于多种设备驱动类型，比如 USB WIFI 使用 USB 接口，所以属于字符设备，但是其又能上网，所以也属于网络设备驱动。

本篇围绕着三大设备驱动类型展开，尽可能详细的学习每种设备驱动的开发方式。

Linux 内核版本为 4.14.0，其支持设备树(Device tree)，所以本篇所有例程均采用设备树。设备树将是本篇的重点。

（这段注没看明白，不抄过来了）

20另一种方式编译 ZYNQ 镜像

虽然 petalinux 功能上比较全面，但是在编译速度上太慢了！

采用分步式的方式编译启动开发板所需要的各种镜像文件，虽然步骤比较繁琐，但灵活性比较高。

1 创建 Petalinux 工程，生成 BOOT.BIN

对于 ZYNQ 而言，一个完整的 linux 系统包含 PS 和 PL 两个构件，其中 PS 构件包含 fsbl、uboot、设备树文件、linux 内核、根文件系统共 5 个要素，PL 构件包含 bit 文件一个要素，当不使用 PL 的时候，该要素非必须。

编写 linux 驱动的时候，经常改动的要素有设备树文件、linux 内核、根文件系统，当然如果改动 PL 的话还需改动 bit 文件。因而我们将这些要素独立出来，从而方便修改变更。也就是说我们将 bit 文件从原先的 BOOT.BIN 文件独立出来，将 image.ub 文件分开为内核 zImage和设备树 dtb。另外将根文件系统放到 SD 卡的 EXT4 分区，加载启动速度。下面我们正式开始。

本实验以正点原子领航者7010 为例，

先将hdf文件拷贝到Ubuntu系统目录下：

该文件是Vivado “Export Hardware“所导出的文件，包含了我们所搭建的硬件平台的配置信息，其后缀名.hdf 的含义为“Hardware Definition File”，即硬件定义文件。

创建 Petalinux 工程，导入hdf文件

mkdir petalinux20    //创建 Petalinux 工程存放目录
cd petalinux20
source /opt/pkg/petalinux/2018.3/settings.sh    //设置 petalinux 工作环境
petalinux-create -t project --template zynq -n ALIENTEK-ZYNQ    //创建 Petalinux 工程
cd ALIENTEK-ZYNQ    //进入到 petalinux 工程目录下
petalinux-config --get-hw-description /home/wurao/petalinux/hdf    //导入 hdf 文件

以上命令执行完成之后会自动在当前目录下创建一个名为 ALIENTEK-ZYNQ 的文件夹，也就是出厂镜像的 petalinux 工程对应的工程目录。

注：后面更新vivado工程的时候，只需要从vivado工程中导出hdf文件，并在该Petalinux工程下使用“petalinux-config --get-hw-description hdf 文件路径”命令即可。

hdf 文件导入成功之后会自动弹出 petalinux 工程配置窗口，跟着教程将 dtb 文件从 image.ub 文件中独立开来，并将根文件系统放到 SD 卡的 EXT4分区。（这一步直接看正点原子开发指南）

配置完成后，编译 fsbl 和 uboot，及生成 BOOT.BIN 文件，命令如下：

petalinux-build -c bootloader
petalinux-build -c u-boot
petalinux-package --boot --fsbl --u-boot --force

执行结果如下图所示：

可以看到 BOOT.BIN 文件仅包含 zynq_fsbl.elf 和 u-boot.elf 文件，而没有包含 bit 文件，而这两个文件我们基本不会再改动，所以后面无论编写任何 linux 驱动以及更改 Vivado工程，都不会改动 BOOT.BIN 文件了。

2 生成设备树文件

在Petalinux工程中执行编译uboot 后，会在工程的components/plnx_workspace/device-tree/device-tree/目录下生成设备树文件，如下图所示：

上图中红框圈出的是我们需要用到的设备树文件，skeleton.dtsi 文件我们一般不用。

Linux 设备树是是一个很重要的知识点，将会在后面的章节给大家详细说明，本章先不讲，这些文件后面我们会用到。

如果需要使用新 vivado 工程的时候，BOOT.BIN 文件是不需要变动的，但设备树文件会随着 Vivado 工程的不同而需要改动，所以需要重新生成设备树文件。重新生成设备树文件的方法有如下两种：（后面再回来看）

3 编译 kernel

不使用前面移植后的 Linux 内核源码，用一份新的 xilinx 官方 2018.3 版本（这个版本是 xilinx 设定的版本，其 linux 版本为 4.14.0）的内核源码。（下载见开发指南）

将内核源码压缩包文件拷贝到 Ubuntu 系统目录中，并解压：

直接在内核源码目录下进行编译，而不使用 petalinux 工具，因为内核也是经常改动的，而 Petalinux 编译慢。

1、添加设备树文件

将前面生成的设备树文件：

pcw.dtsi
pl.dtsi
system-top.dts
zynq-7000.dtsi

四个文件直接拷贝到内核源码目录下的 arch/arm/boot/dts 目录中。

cd /home/wurao/petalinux20/ALIENTEK-ZYNQ/components/plnx_workspace/device-tree/device-tree
cp pcw.dtsi pl.dtsi system-top.dts zynq-7000.dtsi /home/wurao/linux/kernel/linux-xlnx-xilinx-v2018.3/arch/arm/boot/dts
cd /home/wurao/linux/kernel/linux-xlnx-xilinx-v2018.3/arch/arm/boot/dts
vi system-top.dts

需要对 system-top.dts 文件进行一个简单地修改，修改之前内容如下：

修改之后如下所示：

/*
* CAUTION: This file is automatically generated by Xilinx.
* Version: HSI 
* Today is: Mon Mar 16 02:51:23 2020
*/


/dts-v1/;
#include "zynq-7000.dtsi"
#include "pl.dtsi"
#include "pcw.dtsi"
/{
        model = "Alientek ZYNQ Development Board";

        chosen {
            bootargs = "console=ttyPS0,115200 earlyprintk root=/dev/mmcblk0p2 rw rootwait";
            stdout-path = "serial0:115200n8";
        };
        aliases {
            ethernet0 = &gem0;
            i2c0 = &i2c2;
            i2c1 = &i2c0;
            i2c2 = &i2c1;
            serial0 = &uart0;
            serial1 = &uart1;
            spi0 = &qspi;
        };
        memory {
            device_type = "memory";
            reg = <0x0 0x20000000>;
        };
    };

&gem0 {
    local-mac-address = [00 0a 35 00 1e 53];
};

&qspi {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <0>;
    flash0: flash@0 {
        compatible = "n25q512a","micron,m25p80";
        reg = <0x0>;
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        spi-max-frequency = <50000000>;
        partition@0x00000000 {
            label = "boot";
            reg = <0x00000000 0x00500000>;
        };
        partition@0x00500000 {
            label = "bootenv";
            reg = <0x00500000 0x00020000>;
        };
        partition@0x00520000 {
            label = "kernel";
            reg = <0x00520000 0x00a80000>;
        };
        partition@0x00fa0000 {
            label = "spare";
            reg = <0x00fa0000 0x00000000>;
        };
    };
};

gg//到达顶部
dG//全部删除
鼠标中键//粘贴

修改完成之后保存退出即可！

以上主要修改了 bootargs 属性、添加了 model 属性、网口 0 的 MAC 地址以及给 qspi 进行了分区操作。修改完成之后，我们还需要修改 arch/arm/boot/dts 目录下的 Makefile 文件，将设备树添加上去，如下：

修改完成之后保存退出即可！

2、defconfig 配置

cd /home/wurao/linux/kernel/linux-xlnx-xilinx-v2018.3

在内核源码目录下执行下面这条命令对内核进行 defconfig 配置：

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- xilinx_zynq_defconfig

3、menuconfig 配置

这里我们暂时就不进行配置，以后有需要的时候再配，先保持默认！

4、编译内核

执行下面这条命令编译内核源码：

sptl
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- zImage -j10

编译完成之后会在 arch/arm/boot/目录下生成一个名为 zImage 的内核镜像文件，后面我们在用。

5、编译设备树

在内核里边我们需要单独编译出设备树的 dtb 文件，前面已经将我们所需要的设备树文件拷贝到内核的 arch/arm/boot/dts 目录下了，接下来执行下面这条命令编译 system-top.dtb文件：

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- system-top.dtb -j10

编译成功之后会在 arch/arm/boot/dts 目录下生成 system-top.dtb 文件。

4 编译 rootfs

根文件系统我们直接使用 petalinux 进行编译即可。

进入到 Petalinux 工程目录下，为了免去后面每次启动 linux 都要手动输入密码进入系统，所以我们先配置根文件系统免密码登录，进入根文件系统配置界面的命令如下：

cd ~/petalinux20/ALIENTEK-ZYNQ
sptl
petalinux-config -c rootfs

具体操作看开发指南

配置完成后，保存退出。

接下来直接编译根文件系统：

petalinux-build -c rootfs

等待其编译完成，完成之后产生的根文件系统压缩包在 images/linux 目录下，如下所示：

cd images/linux/
ls

因为我们要使用 SD 卡启动，并且 SD 卡会有一个 EXT4 格式的分区专门存放根文件系统，所以我们要使用压缩格式的根文件系统，例如 rootfs.tar.gz 或 rootfs.tar.bz2。

5 启动开发板

经过上面一系列的过程之后，我们就已经得到了启动开发板的所有所需的镜像文件了。例如我们使用 petalinux 工具会生成 image.ub 和 BOOT.BIN 文件，使用这两个文件我们就可以启动开发板了，但是这里我们不这样做。

前面学习过 image.ub 这个文件的本质，那么它其实是多个文件组合在一起的，包括内核镜像、dtb 以及根文件系统，这样的做法有一个弊端，不够灵活，一个变了整个 image.ub文件就得重新制作一遍，很麻烦。同样 BOOT.BIN 文件是 fsbl 镜像、u-boot 镜像以及 pl 端 bit文件集合在一起的，那么既然是集合在一起的，那么我们单独使用也是可以的。

所以我们这里的思路就是将内核镜像文件 zImage、内核设备树文件以及根文件系统从image.ub 文件中分离出来；而将 bit 文件从 BOOT.BIN 文件中分离出来，这样做之后我们的 SD卡中将会存在 5 部分内容：zImage、dtb、rootfs、bit 以及 BOOT.BIN（fsbl 镜像与 u-boot 镜像的集合体），明确之后我们将他们拷贝到我们的 SD 卡中。

1、制作 SD 启动卡

前面制作过，有时间再总结一下。

2、拷贝镜像到 FAT 分区

将前面过程当中生成的各种镜像文件拷贝到 SD 启动卡的 FAT 分区，包括:

文件	描述	所在目录
zImage	内核镜像	内核源码目录arch/arm/boot/zImage
system-top.dtb	内核设备树 dtb 文件	内核源码目录arch/arm/boot/dts/system-top.dtb
system.bit	pl 端 bitstream 文件	Petalinux工程目录下的 images/linux/system.bit

cd /home/wurao/linux/kernel/linux-xlnx-xilinx-v2018.3
cp arch/arm/boot/zImage /media/wurao/boot
cp arch/arm/boot/dts/system-top.dtb /media/wurao/boot
cd /home/wurao/petalinux20/ALIENTEK-ZYNQ
cp images/linux/system.bit /media/wurao/boot

接下来我们需要将 BOOT.BIN 文件拷贝到 FAT 分区

cd /home/wurao/petalinux20/ALIENTEK-ZYNQ/images/linux
cp BOOT.BIN /media/wurao/boot

为了方便、好看，将 system-top.dtb 文件进行了重命名 system.dtb。

cp system-top.dtb system.dtb
rm system-top.dtb

3、将根文件系统解压到 EXT4 分区

cd /home/wurao/petalinux20/ALIENTEK-ZYNQ/images/linux
sudo tar -xzf rootfs.tar.gz -C /media/wurao/rootfs

解压完成之后执行 sync 命令将数据同步到 SD 卡中，之后卸载 SD 启动卡，卸载成功之后拔掉它。

sync
umount /dev/sdb1 /dev/sdb2

4、启动开发板

将我们做好的启动卡插入开发板，连接电源、串口启动。

需要对 U-Boot 环境变量进行修改，具体见教程。

变量设置完成之后，执行 saveenv 命令保存环境变量到 QSPI Flash 中，那么下次就不用再设置了。

已经设置好了，下次就不用设置了。