開發環境：window10, vivado 2017.1, ubuntu 16.04, Eclipse+cdt

硬體環境：米爾科技zturn board，zynq7z010

  本筆記詳細介紹了開發ZYNQ7000系列的基礎軟體系統構建，介紹了Vivado的使用以及IP核的配置，最後搭建能讓ZYNQ執行arm linux系統的軟體環境，在今後的開發過程中將在此基礎上進行。在完整搭建好本系統之後建議儲存為模板工程。

  首先簡單介紹一下ZYNQ開發linux的基本流程：ZYNQ的開發也是先硬體後軟體的方法。具體流程如下：

• 在Vivado中新建工程，增加一個嵌入式的原始檔。
• 在Vivado裡新增和配置PS和PL部分基本的外設，或需要新增自定義的外設。
• 在Vivado裡生成頂層HDL檔案，並新增約束檔案。再編譯生成位元流檔案system.bit。
• 匯出到SDK軟體開發環境，在SDK環境裡可以編寫一些除錯軟體驗證硬體和軟件，結合位元流檔案單獨除錯ZYNQ系統
• 在SDK裡生成FSBL檔案。
• 在VMware虛擬機器裡生成u-boot.elf bootloader映象。
• 在SDK裡通過FSBL檔案, 位元流檔案system.bit和u-boot.elf檔案生成一個boot.bin檔案。
• 在VMware裡生成Linux的核心映象檔案zImage和Linux的檔案系統ramdisk。另外還需要對FPGA自定義的IP編寫驅動。
• 把boot.bin，zimage和ramdisk
  三個檔案放入到SD卡的FAT分割槽中，啟動開發板電源，Linux作業系統會從SD卡里啟動。

一. 準備Linux系統的核心、uboot、檔案系統、裝置樹等檔案

    1.1 編譯uboot

    在工作空間建立uboot目錄，進入uboot目錄，解壓uboot原始碼

<workdir>$ cd uboot
uboot$ tar -jxvf u-boot-xlnx.tar.bz2
uboot$ cd u-boot-xlnx

    編譯uboot：

u-boot-xlnx$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-xilinx-linux-gnueabi- distclean
u-boot-xlnx$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-xilinx-linux-gnueabi- zynq_zturn_config
u-boot-xlnx$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-xilinx-linux-gnueabi-
 

  1.2 編譯linux核心

<workdir>$ cd kernel
kernel$ tar -xvjf linux-xlnx.tar.bz2
kernel$ cd linux-xlnx

linux-xlnx$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-xilinx-linux-gnueabi- distclean
linux-xlnx$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-xilinx-linux-gnueabi- zynq_zturn_defconfig
linux-xlnx$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-xilinx-linux-gnueabi- uImage
linux-xlnx$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-xilinx-linux-gnueabi- dtbs

  1.3 製作randisk

<workdir>$ cd filesystem
filesystem$ mkdir -p rootfs

filesystem$ dd if=uramdisk.image.gz of=ramdisk.image.gz bs=64 skip=1

filesystem$ gunzip ramdisk.image.gz

filesystem$ sudo mount -o loop,rw ramdisk.image rootfs

  經筆者實驗發現，米爾科技的開發板Zturn board在直接使用光碟檔案時，乙太網不能正常執行，經除錯發現其ramdisk檔案系統中關於網路的配置檔案不完整，在ramdisk檔案目錄中，開啟/etc/network/interfaces檔案，發現其中沒有關於eth0的配置，因此新增網路配置如下：

auto eth0
iface eth0 inet dhcp

filesystem$ sync
filesystem$ umount rootfs

filesystem$ gzip -9 ramdisk.image

filesystem$ mkimage -A arm -T ramdisk -C gzip -n Ramdisk -d ramdisk.image.gz uramdisk.image.gz

    至此，我們已經得到了u-boot.elf, uImage, devicetree.dtb, uramdisk.image.gz檔案。

二. 在Vivado中建立硬體系統

2.1 新建一個空白vivado工程，選擇ZYNQ7010對應的晶片型號，點選左側的Create Block Design，新增一個ZYNQ7的IP核。

        點選Run Block Automation, 彈出的對話方塊直接點OK，雙擊ZYNQ IP核，配置引數。

    2.2 Peripheral I/O Pins配置

        Bank 1選擇LVCMOS 1.8V

        勾選Quad SPI Flash

        勾選Ethernet 0 以及展開目錄下的MDIO，點選右側Enet0， 配置其使用PS的MIO16~27, MDIO選擇PS的MIO52,53，注意這兩個選項不手動選擇對應的引腳則使用EMIO。

        勾選USB0，使用PS的MIO28~39。

        勾選SD0，使用PS的MIO40~45，展開SD0目錄，使用選擇Card Detect為MIO46， write Protect為MIO47.

        勾選UART1， 使用PS的MIO48, 49.

        勾選TTC0， 使用EMIO。

        勾選GPIO MIO，不用選擇展開的選項。

        最後所有的配置如下圖所示

    2.3 MIO Configurateion:

        展開Memory Interfaces->Quad SPI Flash->Single SS 4-bit IO, 設定所有的引腳速度為"fast", MIO1選擇disable;

        展開I/O Peripherals所有專案，設定所有的引腳速度mdc和mdio為slow，其他為fast，所有引腳上拉設定為disable：

        展開USB0選項，設定所有引腳速度為fast，上拉選disable：

        展開SD0選項，設定如下：

        展開GPIO，設定如下：

    2.4 Clock Configuration，配置時鐘頻率如下圖所示：

    2.5 DDR Configuration

        根據原理圖，選擇memory part為MT41K256M16 RE-125

    2.6  編譯硬體系統

        右鍵選擇原理圖檔案(Source選項中), 選擇generate output products...，接著Run Synthesis, 綜合完成後點選Run Implementation，編譯完成後點選Generate Bitstream，匯出硬體設計File->Export->eexport hardware, 然後啟動SDK設計軟體：File->Launch SDK.

        在本次專案中並沒有新增FPGA部分的設計程式碼，所有在整個流程沒有關於FPGA的引腳約束，模擬等操作，這一部分將在後續介紹。

三. 在SDK中驗證硬體設計並製作SD卡啟動檔案

    3.1 在SDK中新建應用程式，以Hello world為模板。

        在Launch SDK之後，SDK軟體一般會自動建立一個硬體平臺(<project_hw_platform_0>)，如果是在多次匯出硬體設計過程中生成了多個platform_x檔案，建議刪除所有platform檔案，重新匯出。

        在生成的bsp工程上右鍵點選，Board Support Package Settings->Overview->standalone, 設定stdin和stdout為ps7_uart_1，因為在硬體設計中我們選擇的是使用串列埠1作為終端串列埠輸出，SDK在預設時時使用uart0, 因此如果在SDK中使用printf或xil_printf沒有看到輸出，則需要檢查此處的設定。

    3.2 連線模擬器，串列埠終端，電源，首先燒寫FPGA程式(.bit檔案), 然後執行helloworld工程，在終端上可以看到列印了一行hello world字元，說明基本硬體沒有什麼大問題。

    3.3 建立FSBL

        FSBL是first stage boot loader的簡稱，它是ZYNQ啟動第一階段載入的程式，固化在晶片內的BOOT ROM首先載入FSBL程式，FSBL載入u-boot, uboot載入Linux。因此要執行Linux系統必須要製作FSBL。

    新建應用程式，選擇以Zynq FSBL為模板工程。

        不用修改fsbl工程，直接編譯生成的這個工程。

        右鍵選擇fsbl工程，選擇Create Boot Image, 在Boot image partitions中已經添加了fsbl.elf, design_1_wrapper.bit，點選Add選擇前面準備好的u-boot.elf檔案，將三個檔案一起生成BOOT.bin檔案。

    3.3 啟動Linux系統

        SD卡需要時FAT32格式，如果不是請格式化，將以上所有生成的檔案放在SD卡的根目錄下，如下圖所示：

        其中7z010.bit檔案是有desig_1_wrapper.bit改名而來，如果不改需要在fsbl工程中去修改載入的.bit檔案的名稱，所以建議所有的工程生成後都重新命名為7z010.bit，將SD卡插入開發板，上電啟動。

        事實上在本次設計中我們並沒有設計關於FPGA部分的原始檔，為什麼還是要7z010.bit檔案呢？在u-boot啟動過程中如果沒有檢測到FPGA的配置檔案u-boot將不啟動Linux核心，所有無論有沒有FPGA的設計都需要一個FPGA的配置檔案，即使是空的配置。