Learning Linux(2)-Petalinux(1)

写在前面：此博客的部分操作和介绍参考了正点原子关于Zynq嵌入式Linux的开发教程，并非原创，故确定为转载，写此博客的目的是为了梳理学习过程中的知识点，方便以后回顾。如有侵权，我会立即删除。
一、petalinux的简单介绍
Petalinux 工具是 Xilinx 公司推出的嵌入式 Linux 开发套件，包括了 u-boot、 Linux Kernel、 device-tree、 rootfs（根文件系统） 等源码和库，以及 Yocto recipes，可以让客户很方便的生成、配置、编译及自定义 Linux 系统。 Petalinux 支持 Versal 、 Zynq UltraScale+ MPSoC、Zynq-7000 SoC 以及 MicroBlaze，可与 Xilinx 硬件设计工具 Vivado 协同工作，大大简化了Linux 系统的开发工作。

其中u-boot、Linux Kernel和rootfs是嵌入式Linux系统的最重要的组成部分，也是所有话题绕不开的核心问题。

petalinux的出现可以让Xilinx开发者随心所欲地、方便地配置U-Boot、Linux Kernel和根文件系统，快速的进行上板验证，大大简化了传统嵌入式Linux的开发流程。

二、petalinux的安装
petalinux的安装文件可以在Xilinx官方网站下载，随后通过文件传输服务传递到Linux虚拟机上完成petalinux开发套件的安装。
下载时的步骤如下：
点击支持——下载与许可

进入下载页面之后点击petalinux，左侧可以选择要下载的版本，这里我们可以选择任意一个历史版本，我使用的是petalinux2018.3
在这里插入图片描述

点击Petalinux 2018.3安装即可，此后可能需要登录Xilinx账户，登陆完成后开启下载：

下载完成之后解压到本地，通过FTP服务将解压出来的.run文件传输到Ubuntu，就像这样：

我将文件传输到了Ubuntu上，并且使用chmod为其赋予了执行权限，可以看到文件名变成了绿色，表示可执行。
Petalinux在安装之前需要安装很多依赖库，复制下面的bash即可，如下所示：

sudo apt-get install tofrodos iproute2 gawk gcc g++ git make net-tools libncurses5-dev \
tftpd zlib1g:i386 libssl-dev flex bison libselinux1 gnupg wget diffstat chrpath socat \
xterm autoconf libtool tar unzip texinfo zlib1g-dev gcc-multilib build-essential \
libsdl1.2-dev libglib2.0-dev screen pax gzip automake

安装完成之后可以开始Petalinux的安装,我首先在当前路径下建立了一个名为Petalinux的文件夹，然后直接使用下面的命令行将Petalinux安装到此文件夹中：

./petalinux-v2018.3-final-installer.run ./Petalinux/

在这里安装时，除了上面的依赖包，应该对python版本也是有要求的（上面没有体现出来），同时对ubuntu的版本也有要求，最好是16.04或18.04。我在学这部分的时候一开始安装的是20.04，后来发现不支持，换回了16.04就ok了。
在安装过程中需要接受一系列的agreements，看完之后按q推出，输入y表示同意即可，接下来开始等待自动安装。
在这里插入图片描述
安装完成之后可以选择删除Petalinux的安装包来节省空间。
最后还要设置系统默认用于脚本解析的解释器，默认是dash，而Petalinux默认需要使用bash
，在终端输入以下命令来修改默认的解释器：

sudo dpkg-reconfigure dash

输入上述命令后会让确认是否继续使用dash，选择否即可：
在这里插入图片描述
再次确认现在使用的解释器是否发生了变化，输入以下命令：

# 确认当前使用的脚本解释器
ls -lh /bin/sh

说明当前的解释器已经切换到了bash
在这里插入图片描述
三、配置petalinux运行环境

执行settings.sh脚本来初始化运行环境：
首先进入到Petalinux的安装路径下，输入以下命令：

source settings.sh

需要注意的是该命令只对当前终端有效,重新打开终端后需要重新执行这一命令。
在这里插入图片描述
如果认为这样非常麻烦，可以到home目录下修改.bashrc文件，打开此文件之后在文件尾添加上述初始化Petalinux环境的命令，这样在打开终端之后就会自动执行上述初始化脚本。

但是这样做每次打开终端之后都会要等待一段时间让settings.sh脚本执行完毕，才可以向终端中输入命令。

四、Petalinux的设计流程（Design Flow）

创建vivado工程，完成硬件系统的设计，综合实现，比特流的生成，最终导出硬件描述符文件（.hdf）。
创建一个Petalinux工程，并将上述.hdf文件导入Petalinux，就像Launch SDK一样，告诉Petalinux我们设计的硬件系统的细节信息。
配置Petalinux工程（其中就包括配置内核、配置U-BOOT和rootfs）
编译Petalinux工程（包含U-BOOT镜像、内核镜像、rootfs、比特流文件、第一阶段启动引导程序（FSBL）镜像文件）
将上述文件生成启动镜像，烧录到SD卡，启动开发板。

下面简单的走一遍这个流程，假设我们现在已经在vivado中完成了硬件系统的设计，导出了硬件描述符文件.hdf，启动SDK之后我们可以在SDK中完成嵌入式系统的软件设计部分，这部分代码将会运行在PS上，实现各种各样的功能，最后我们可能会使用JTAG接口来调试我们的设计，这是一般的在Zynq上完成嵌入式开发的步骤。
现在我们假设已经做完了上述操作，得到了如下的.hdf文件：
在这里插入图片描述
现在我们进入到petalinux安装路径下，使用命令行创建一个petalinux工程，需要注意的是，petalinux的所有命令都是以**petalinux-**开头的，连按两下tab键可以完成petalinux的命令行补全，就像这样：
1. 创建一个petalinux工程：

# 使用petalinux-create 来创建一个petalinux工程
# 此命令行的详细用法可以使用petalinux-create --help来查看和学习
# 必选参数有两个:
# 1. -t 指定工程的类型 一般来说我们使用project表示创建一个petalinux工程
# 2. -n 指定工程的名称 如果创建的是petalinux工程且导入了板级支持包，则无需指定
# 可选参数常用的如下：
# 1. --template <zynq|zynqMP|MicroBlaze> 指定工程模板类型
# 2.-s <SOURCE> 指定一个特定的板级支持包
# 使用以下命令创建一个petalinux工程，工程创建后会放在当前路径下
petalinux-create -t project --template zynq -n my_project

执行之后的效果如下：
在这里插入图片描述
2. 导入硬件描述文件来配置petalinux工程

# 使用petalinux-config来导入hdf文件
# 此命令的用法使用petalinux-config --help来查看
# 1.导入硬件描述符时使用--get-hw-description [SRC]参数选项
# SRC指向目标工程的Vivado SDK的目录，petalinux会自动检测到hdf文件
# 2.-c指定要配置的模块，例如petalinux-config -c u-boot|kernel|rootfs
# 如果没有使用-c指明模块，那么自动默认打开顶层设计
# 下面只是一个示例，参数自己根据情况来指定
petalinux-config --get-hw-description ../../hdf/Navigator_7020.sdk/

命令执行完成之后打开如下界面：
在这里插入图片描述
3. 配置petalinux的调试串口（只做这一个配置）
上下键选中Subsystem AUTO Hardware Settings，操作选项为Select，回车，进入以下页面：

选中Serial Settings进入：

将第一个Primary stdin/stdout改为ps7_uart_0来切换调试串口。
在这里插入图片描述
保存退出petalinux，配置到此结束：

等待petalinux自动配置完成：

下次想再次进入配置界面，无需再导入hdf文件，而是直接输入petalinux-config即可进入配置界面。

4.编译petalinux工程
编译petalinux工程时既可以编译整个petalinux工程，也可以编译某一个组件（Component）

# petalinux-build的详细用法可以使用--help来学习
# petalinux-build直接编译整个工程
# petalinux-build -c 编译某个特定组件，如petalinux-build -c kernel
petalinux-build

这里需要等待比较长的一段时间，完成之后如下图所示：
在这里插入图片描述
随后，在工程路径下会生成一个image文件夹，下面有一个linux文件夹，这就是编译整个工程生成的一些镜像文件。

5.生成BOOT.BIN文件，烧录到SD卡，启动开发板
原先我们可以使用xilinx SDK来生成启动镜像，烧录到QSPI来实现程序固化或烧录到SD卡来实现程序固化，这里也可以使用petalinux工具完成启动镜像的生成与固化，将镜像文件（fsbl镜像文件、bitstream文件、用户程序镜像文件）整合为一个BOOT.BIN文件。

之前，用户程序镜像文件指的是SDK中编写的代码，现在则是u-boot。

这时候需要使用petalinux-package指令，此指令的使用方法如下：

# petalinux-package使用方法可以使用petalinux-build -<模式> --help来查看
# 常用模式包括：
# 1.--boot 打包生成一个boot.bin文件
# 2.--bsp 打包生成一个bsp包
# 在boot模式下可以有以下参数选择：
# 0. --force 如果当前路径下已经有生成的boot.bin文件，那么覆盖之
# 1. --fsbl 指向fsbl镜像文件路径
# 2. --fpga 指向比特流路径
# 3. --u-boot 指向u-boot镜像文件路径
# 进入到之前生成的镜像文件夹下的linux文件夹，输入以下命令
petalinux-package --boot --fsbl zynq_fsbl.elf --fpga system.bit --u-boot u-boot.elf

执行成功之后的结果如下图：
在这里插入图片描述

到此为止，还不足以启动zynq开发板，还需要提供OS内核、设备树、根文件系统，这三者在imagel/linux文件夹下面已经生成了image.ub文件。
注意这两个文件：BOOT.BIN和image.ub文件：
在这里插入图片描述
五、制作启动SD卡
1.将SD卡插入读卡器，使用df -h来查看挂载点，输入

# 将SD卡取消挂载，之后我们将创建FAT32分区和格式化
umount <挂载点>

在这里插入图片描述
我使用的是一片4G的小SD卡，也就是上述图片中检测到的最后一个文件系统。
2. 在SD卡中使用fdisk工具创建一个FAT32分区

# 使用fdisk工具打开SD卡
sudo fdisk /dev/sdb

进入后按m打开帮助菜单，按p打印当前分区，可以看到当前没有分区。
在这里插入图片描述
按n开始创建一个新分区，下面会进行一些问答式的选项，一般来说保持默认即可，一路回车就行：

完成之后按p查看当前的分区情况，发现类型是linux：

接下来按t表示改变分区的类型，输入L来展示所有分区类型，我们选择W95 FAT32 (LBA)，也就是输入c：
在这里插入图片描述
再次输入p，查看分区类型，发现已经成功切换为FAT32类型：

最后输入w将配置保存并退出：

3. 格式化上述的FAT32分区
使用以下命令来格式化分区

# 格式化/dev/sdb1分区，名称为boot，FAT表项大小为32
sudo mkfs.vfat -F 32 -n boot /dev/sdb1

在这里插入图片描述

注意，此命令需要使用sudo，格式化完成之后PC应该就可以立刻检测到此SD卡的存在了，点击一下USB图标，它会自动被挂载到PC，输入df -h，发现它已经被挂载到了一个特定路径：
在这里插入图片描述
现在只需要将之前的image.ub和BOOT.BIN拷贝到FAT32分区中即可。

# 首先进入到image/linux文件夹下
cp -a image.ub BOOT.BIN <挂载点路径>

随后同步一下，目的是保证数据已经从缓冲区写入SD卡。

# 同步命令
sync

然后弹出SD卡读卡器即可。
至此，启动SD卡也已经制作完毕了，现在将SD卡插入开发板并从SD卡方式启动即可。

Learning Linux(2)-Petalinux(1)

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