ZedBoard学习手记（四）为使用Linux系统做准备——建立Bootloader及设备树

懒兔子

在上一篇博文中，我已经介绍了建立AXI总线自定义外设的全过程，包括Verilog逻辑部分，和裸机软件部分。裸机控制外设是非常简单的，与普通的单片机并无二异，但仅仅有裸奔代码还远远无法发挥Cortex-A9硬核的作用，毕竟Zynq芯片集成了一颗最高能跑到1GHz的双核CPU（ZedBoard上的XC7Z020只能到800MHz）。并且ZedBoard上配备了Gigabit Ethernet、HDMI和USB OTG接口，不运行操作系统岂不浪费。
有朋友想要在ZedBoard上做WinCE，但这方面的资料极为稀缺，而WinCE又是体积庞大、版权成本很高的操作系统，于是开源有小巧的嵌入式Linux就成了首选。之前兔子为了做出图形界面，还致力于移植桌面型的Linaro Ubuntu系统，不过ADI给出的参考例子未经优化奇卡无比，Xillinux正式版迟迟未现又只支持色彩度很低的简易VGA接口（ZedBoard上的VGA甚至到不了16位色），于是兔子不得不放弃之前的工作，重新启用ZedBoard出厂默认的轻量级Linux上。这个系统没有图形桌面，但已包含了网卡、HDMI驱动和其他基本功能，足够使用了。
想要在Linux下控制外设，最重要的一环就是驱动了，但在动手写驱动之前，先要做些准备工作。为了减少工作量，我们就直接修改ZedBoard的出厂Demo，加入之前完成的my_gpio外设，并通过U-Boot实现Bootloader功能。这个Demo的源工程可以在Digilent网站的ZedBoard页面找到：
https://digilentinc.com/Products/Detail.cfm?NavPath=2,400,1028&amprod=ZEDBOARD
点击下面的Download，可以下载到ZedBoard_OOB_Design.zip文件，这个压缩包里包含了XPS工程、U-Boot文件、Linux内核配置文件、DeviceTree源文件、rootfs等。README.txt中有相近的操作说明，建议通读一遍。

ZedBoard上默认的XPS系统工程位于hwxps_proj文件夹下，双击system.xmp打开工程，按照之前所说的方法，将my_gpio外设IP核导入到工程中。
传送门：ZedBoard学习手记（二） 开发自定义AXI总线外设IP核——以LED和开关为例
之后，查看一下XPS是否为我们的外设分配了地址空间，如果没有，就需要手动设置一个地址，这里我们设成0x75C80000，空间大小为AXI设备统一的64K。

按照ZedBoard学习手记（二）中的方法设置总线连接，结果如下图：

修改xps_projdatasystem.ucf文件，为my_gpio外设分配外部引脚（ucf约束文件中的引脚名称和Ports中的一定要相同，已经有不少网友在这里出过问题了）。另外我们分配的引脚占用了原来ARM的GPIO 引脚位置，应在XPS的Port列表里将processing_system7_0_GPIO数量设为[0:6]或干禁用，以除后患。

完成后先单击Generate BitStream生成配置数据，再点击Export Design，选Export & Launch SDK将硬件信息导出到SDK中。


在SDK里，新建一个C工程，不同于裸机的HelloWorld，这次要建立的是Bootloader，因此选择FSBL工程，即First Stage Bootloader，用实现U-Boot之前的初始化和启动工作。其他选项默认即可。

编译一下工程，完成后SDK会生成FSBL的elf文件，另外加上从XPS导出的System.bit，以及我们在第一篇文章中编译生成的u-boot.elf，就可以生成用来实现SD卡启动系统的完整Bootloader文件了。
u-boot.elf在ZedBoard_OOB_Design中包含，不过这个兔子没试过，通过Xilinx U-Boot编译生成u-boot.elf的方法请见：ZedBoard学习手记（一） First Step——建立Xilinx交叉编译环境
集齐这三个文件之后，点击Xilinx Tools→Create Boot Image，添加到列表中，选择一个输出路径，就可以创建Bootloader了。


SDK会在输出路劲生成u-boot.bin文件，将其改为BOOT.bin，拷贝到SD卡中，为ZedBoard板配置合适的跳线。这时再打开ZedBoard电源，Bootloader会初始化PS，用BitStream配置PL（包含了我们创建的my_gpio外设），并将操作权移交给U-Boot。U-Boot会自动加载Device Tree、Linux内核镜像和RootFS，最终启动Linux。
ZedBoard出场时SD中还带有zImage、devicetree和rootfs文件，这些文件都可以采用原有的，直接用Xilinx交叉编译工具编译写好的C语言驱动就可以在这个系统上运行并控制外设了。
当然，如果你想自己编译内核，或者不想采用静态物理地址的方式调用外设，就需要再往下进行一步，注意这一步对于Linux下控制AXI总线自定义外设并非必要。
为了给有兴趣的朋友继续深入研究做个铺垫，这里兔子就讲一下编译ZedBoard上运行的Linux内核和设备树吧。当然这个方法也详细记录在ZedBoard_OOB_Design的README文件中。
在PC的Linux环境下（兔子这里是Ubuntu）通过Git指令下载Digilent Linux内核源码：

git clone git://github.com/Digilent/linux-3.3-digilent.git
切换到ZedBoard Branch：
cd linux-3.3-digilent

git checkout -b zedboard_oob v3.3.0-digilent-12.07-zed-beta

将ZedBoard_OOB_Design中的.config文件拷贝到源码目录下，然后编译内核（指的是ZedBoard_OOB_Design所在目录）：
cp /linux/.config ./.config

make
生成的内核镜像zImage 位于/arch/arm/boot/文件夹下。
之后修改devicetree_ramdisk.dts文件，加入my_gpio外设信息。
/******* LED & Swtich Controller ******/
my_gpio@75c80000 {

compatible = "xlnx,my_gpio-1.00.a";

reg = <0x75c80000 0x10000>;

xlnx,dphase-timeout = <0x8>;

xlnx,family = "virtex6";

xlnx,c_num_reg = <0x1>;

xlnx,c_num_mem = <0x1>;

xlnx,s-axi-min-size = <0x1ff>;

xlnx,c_slv_awidth = <0x20>;

xlnx,c_slv_dwidth = <0x20>;

xlnx,use-wstrb = <0x0>;

};
通过下面指令生成设备树，同样Copy到SD卡中：
./scripts/dtc/dtc -O dtb –I dts –o ./devicetree_ramdisk.dtb  /linux/devicetree_ramdisk.dts
这个设备树文件有网友说是将驱动加入到内核中用的，但兔子以为不然。如果不想通过静态设备物理地址（上面的0x75c80000）来加载驱动，就可以根据这个设备树信息（具体是通过xlnx,my_gpio-1.00.a字串）来动态识别设备。
具体的方法有兴趣的童鞋可以一试，下次我们就要开始正式编写my_gpio外设的Linux驱动了。窗外还在下着雨，今天哪儿也去不了了，眼看周日和同事去箭扣长城的计划也要泡汤……话说这两天貌似不止北京在降温，大家可要注意保暖啊。

eng MOHAMMED al

Thanks dear

eng MOHAMMED al

Thank you for all information