黑金 ALinx AX7020使用Petalinux编译从SD卡启动的Linux内核及构建SD卡EXT4 rootfs

本次使用的Vivado, Petalinux版本均为v2021.1。记录下来方便自己和其他人之后参考。

1 Vivado部分
1.1 新建工程项目,FPGA选型器件为xc7z020clg400-2。
1.2 添加Block Design,加入Zynq7 Processing System IP核,并对IP核进行定制。
1.3 去除PS-PL Configuration->AXI Non Secure Enablement->GP Master AXI Interface->M AXI GP0 Interface的对勾,如图所示。

1.4 根据黑金AX7020提供的手册,按如图所示的配置配好Peripheral IO Pins。使能QSPI Flash,Ethernet 0,USB 0, SD 0,UART 1。对应的MIO从图中可以找到。配置两个Bank的电压。

1.5 根据黑金AX7020提供的手册,进入MIO Configuration,将Ethernet 0对应的IO Type和Speed分别改为HSTL 1.8V和Fast,否则可能无法正常上网。其他的选项无需改变。

1.6 根据黑金AX7020提供的手册,进入DDR Configuration,将Memory Part修改为MT41J256M16 RE-125。

1.7 Create HDL Wrapper,Synthesis,Implementation, Gen Bitstream,Export Hardware With Bitstream导出硬件配置xsa文件备用。

2 Petalinux部分
这部分的工程需要在Linux完成,我采用Ubuntu 18.04安装Petalinux v2021.1。
2.1 使用source命令导入petalinux的可执行程序路径
2.2 新建工程:

1
petalinux-create --type project --template zynq --name AX7020

2.3 进入工作目录:

1
cd AX7020

2.4 复制硬件配置文件xsa到linux下并导入

1
petalinux-config --get-hw-description bd_top_wrapper.xsa

2.5 进行Petalinux的配置

2.5.1 Subsystem AUTO Hardware Settings
进入Subsystem AUTO Hardware Settings,如有需要可以配置Ethener Settings中的MAC地址。其他选项可以保持默认不用动。

2.5.2 Image Packaging Configuration
进入Image Packaging Configuration,将Root filesystem type改为EXT4 (SD/eMMC/SATA/USB)。其他不用动。

2.6 进行u-boot的配置
老版本的Petalinux-config是可以通过Advanced bootable images storage Setting配置启动方式的,不知道为什么v2021.1没这个选项了,只能手动配置uboot了。

1
petalinux-config -c u-boot


进入Boot options->Enable a default value for bootcmd,改变bootcmd value为:

1
fatload mmc 0:1 0x10000000 image.ub;bootm 0x10000000;run distro_bootcmd


配置其从SD卡的image.ub内核启动。
2.7 编译

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petalinux-build

2.8 生成BOOT.BIN和image.ub

1
petalinux-package --boot --force --fsbl images/linux/zynq_fsbl.elf --fpga --u-boot

在images/linux下会多出两个BOOT.BIN和image.ub。将这两个文件复制到SD卡的FAT分区,即可从SD卡启动。
SD卡应当有两个分区,首分区有Boot Flag,FAT格式,第二分区为EXT4,存放rootfs。在做rootfs的时候详细讲解。

3 rootfs部分
3.1 产生空白4G img映像,用来烧写文件系统

1
dd if=/dev/zero of=AX7020_Ubuntu2004.img bs=1M count=4096

3.2 挂载映像

1
sudo losetup -f --show AX7020_Ubuntu2004.img

我的机器上,给我挂载到了/dev/loop31,下面都以loop31为例。
3.3 给映像分区

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sudo fdisk /dev/loop31

按照下列过程给磁盘分区:

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[email protected]:~/AX7020/bootstrap$ sudo fdisk /dev/loop31

Welcome to fdisk (util-linux 2.31.1).
Changes will remain in memory only, until you decide to write them.
Be careful before using the write command.

Device does not contain a recognized partition table.
Created a new DOS disklabel with disk identifier 0xd7f57166.

Command (m for help): p
Disk /dev/loop31: 4 GiB, 4294967296 bytes, 8388608 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disklabel type: dos
Disk identifier: 0xd7f57166

Command (m for help): n
Partition type
   p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)
   e   extended (container for logical partitions)
Select (default p): p
Partition number (1-4, default 1): 1
First sector (2048-8388607, default 2048): 2048
Last sector, +sectors or +size{K,M,G,T,P} (2048-8388607, default 8388607): +64M

Created a new partition 1 of type 'Linux' and of size 64 MiB.

Command (m for help): p
Disk /dev/loop31: 4 GiB, 4294967296 bytes, 8388608 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disklabel type: dos
Disk identifier: 0xd7f57166

Device        Boot Start    End Sectors Size Id Type
/dev/loop31p1       2048 133119  131072  64M 83 Linux

Command (m for help): t
Selected partition 1
Hex code (type L to list all codes): L

 0  Empty           24  NEC DOS         81  Minix / old Lin bf  Solaris        
 1  FAT12           27  Hidden NTFS Win 82  Linux swap / So c1  DRDOS/sec (FAT-
 2  XENIX root      39  Plan 9          83  Linux           c4  DRDOS/sec (FAT-
 3  XENIX usr       3c  PartitionMagic  84  OS/2 hidden or  c6  DRDOS/sec (FAT-
 4  FAT16 <32M      40  Venix 80286     85  Linux extended  c7  Syrinx        
 5  Extended        41  PPC PReP Boot   86  NTFS volume set da  Non-FS data    
 6  FAT16           42  SFS             87  NTFS volume set db  CP/M / CTOS / .
 7  HPFS/NTFS/exFAT 4d  QNX4.x          88  Linux plaintext de  Dell Utility  
 8  AIX             4e  QNX4.x 2nd part 8e  Linux LVM       df  BootIt        
 9  AIX bootable    4f  QNX4.x 3rd part 93  Amoeba          e1  DOS access    
 a  OS/2 Boot Manag 50  OnTrack DM      94  Amoeba BBT      e3  DOS R/O        
 b  W95 FAT32       51  OnTrack DM6 Aux 9f  BSD/OS          e4  SpeedStor      
 c  W95 FAT32 (LBA) 52  CP/M            a0  IBM Thinkpad hi ea  Rufus alignment
 e  W95 FAT16 (LBA) 53  OnTrack DM6 Aux a5  FreeBSD         eb  BeOS fs        
 f  W95 Ext'd (LBA) 54  OnTrackDM6      a6  OpenBSD         ee  GPT            
10  OPUS            55  EZ-Drive        a7  NeXTSTEP        ef  EFI (FAT-12/16/
11  Hidden FAT12    56  Golden Bow      a8  Darwin UFS      f0  Linux/PA-RISC b
12  Compaq diagnost 5c  Priam Edisk     a9  NetBSD          f1  SpeedStor      
14  Hidden FAT16 <3 61  SpeedStor       ab  Darwin boot     f4  SpeedStor      
16  Hidden FAT16    63  GNU HURD or Sys af  HFS / HFS+      f2  DOS secondary  
17  Hidden HPFS/NTF 64  Novell Netware  b7  BSDI fs         fb  VMware VMFS    
18  AST SmartSleep  65  Novell Netware  b8  BSDI swap       fc  VMware VMKCORE
1b  Hidden W95 FAT3 70  DiskSecure Mult bb  Boot Wizard hid fd  Linux raid auto
1c  Hidden W95 FAT3 75  PC/IX           bc  Acronis FAT32 L fe  LANstep        
1e  Hidden W95 FAT1 80  Old Minix       be  Solaris boot    ff  BBT            
Hex code (type L to list all codes): c
Changed type of partition 'Linux' to 'W95 FAT32 (LBA)'.

Command (m for help): p
Disk /dev/loop31: 4 GiB, 4294967296 bytes, 8388608 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disklabel type: dos
Disk identifier: 0xd7f57166

Device        Boot Start    End Sectors Size Id Type
/dev/loop31p1       2048 133119  131072  64M  c W95 FAT32 (LBA)

Command (m for help): n
Partition type
   p   primary (1 primary, 0 extended, 3 free)
   e   extended (container for logical partitions)
Select (default p): p
Partition number (2-4, default 2): 2
First sector (133120-8388607, default 133120):
Last sector, +sectors or +size{K,M,G,T,P} (133120-8388607, default 8388607):

Created a new partition 2 of type 'Linux' and of size 4 GiB.

Command (m for help): p
Disk /dev/loop31: 4 GiB, 4294967296 bytes, 8388608 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disklabel type: dos
Disk identifier: 0xd7f57166

Device        Boot  Start     End Sectors Size Id Type
/dev/loop31p1        2048  133119  131072  64M  c W95 FAT32 (LBA)
/dev/loop31p2      133120 8388607 8255488   4G 83 Linux

Command (m for help): a
Partition number (1,2, default 2): 1

The bootable flag on partition 1 is enabled now.

Command (m for help): p
Disk /dev/loop31: 4 GiB, 4294967296 bytes, 8388608 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disklabel type: dos
Disk identifier: 0xd7f57166

Device        Boot  Start     End Sectors Size Id Type
/dev/loop31p1 *      2048  133119  131072  64M  c W95 FAT32 (LBA)
/dev/loop31p2      133120 8388607 8255488   4G 83 Linux

Command (m for help): w
The partition table has been altered.
Calling ioctl() to re-read partition table.
Re-reading the partition table failed.: Invalid argument

The kernel still uses the old table. The new table will be used at the next reboot or after you run partprobe(8) or kpartx(8).

同步分区:

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sudo kpartx -av /dev/loop31

格式化分区:

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sudo mkfs.vfat /dev/mapper/loop31p1
sudo mkfs.ext4 /dev/mapper/loop31p2

挂载:

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mkdir boot rootfs
sudo mount /dev/mapper/loop31p1 boot
sudo mount /dev/mapper/loop31p2 rootfs

将BOOT.BIN和image.ub复制到boot文件夹中,就完成了启动分区的部署工作。

3.4 构建rootfs
3.4.1 安装所需软件

1
sudo apt install qemu-user-static debootstrap

3.4.2 配置最小系统

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sudo debootstrap --arch=armhf --foreign focal ./rootfs # Ubuntu 20
sudo cp -av /usr/bin/qemu-arm-static rootfs/usr/bin/
sudo chroot ./rootfs
export LANG=C
/debootstrap/debootstrap --second-stage

3.4.3 配置apt source、安装软件

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apt install nano
nano /etc/apt/sources.list

deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ focal main multiverse restricted universe
deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ focal-backports main multiverse restricted universe
deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ focal-proposed main multiverse restricted universe
deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ focal-security main multiverse restricted universe
deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ focal-updates main multiverse restricted universe
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ focal main multiverse restricted universe
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ focal-backports main multiverse restricted universe
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ focal-proposed main multiverse restricted universe
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ focal-security main multiverse restricted universe
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ focal-updates main multiverse restricted universe

apt update
apt upgrade
apt install sudo ifupdown net-tools ethtool udev wireless-tools iputils-ping resolvconf wget apt-utils wpasupplicant vim git gcc build-essential openssh-server

3.4.4 更改root密码

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passwd root

3.4.5 设置网络

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nano /etc/network/interfaces

auto lo
iface lo inet loopback

allow-hotplug eth0
iface eth0 inet dhcp

3.4.6 挂载目录

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3
nano /etc/fstab

/dev/mmcblk0p1 /boot vfat defaults 0 0

3.5 烧录SD卡

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sudo umount ./boot
sudo umount ./rootfs
sudo kpartx -d /dev/loop31
sudo losetup -d /dev/loop31
gzip -k AX7020_Ubuntu2004.img # 压缩镜像

使用工具烧录到SD卡。可以通过COM口看到启动过程,支持SSH登录。

已经编译好的镜像下载:https://pan.renjikai.com/DiskImages/AX7020/AX7020_Ubuntu2004.img.gz
用户名和密码都是root。

参考:
[1] https://hhuysqt.github.io/zynq3/

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