S04_CH01_搭建工程移植LINUX/测试EMMC/VGA

1.1概述：

本章内容是在已经提供安装了VIVADO2015.4 的ubuntu系统下，进行。大家可以下周我们已经提供的虚拟机镜像，我们提供的虚拟机镜像是安装了VIVADO的ubuntu系统，系统版本是ubuntu14.04。

主要完成的内容如下：

1)、利用VIVADO搭建VDMA Frambuffer 工程修改VTG IP模块支持1024X600分辨率（主要考虑支持7寸HDMI液晶显示器）

2)、产生FSBL文件

3)、环境变量的批量设置

4)、基于linux kernel部分zynq_zed.dts(miz702n需要使用到)/zynq_zybo(miz701n需要使用到) 修改设备树

5)、修改kernel其他文件

6)、通过menuconfig 向导配置 frambuffer驱动

7)、编译kernel、编译uboot

8)、测试显示器输出和串口打印信息

9)、测试读EMMC内存、写EMMC内存、读写EMMC内存

10)、测试frambuffer应用程序

1.2 LINUX开发环境搭建

1.2.1虚拟机环境配置（提供下载虚拟机已经完成）

Step1:

本例程的工作环境（包括 FPGA及嵌入式 Linux的开发）是在 ubuntu14.04 操作系统下完成，对于其它 Linux操作系统可能需要解决相关包的依赖问题。

Step2:

例子放在/mnt/workspace/linux目录下，读者可以在该目录下正确编译、运行。而 /mnt/workspace/linux目录是为读者实验准备的。

Step3:

单击桌面上的控制台或者（ctrl+alt+T）即可打开命令行，然后输入 su，根据提示输入root密码即可切换到 root用户。

Step4:

对于新安装的ubuntu操作系统需要命令行下运行一下scripts目录下的 fix_xilinx_deps.sh脚本，该脚本主要是解决编译 u-boot、kernel源码等所需要的包依赖。而提供的虚拟机已经解决了这些问题。 # /mnt/workspace/linux/scripts/fix_xilinx_deps.sh

注意：开机的时候可能系统会提示正在检查更新（如），此时可以打开图示的有个勾的那个图标，然后点击 Install Updates，待其完成更新后再运行该脚本（如下图所示）。当然，在平时的开发过程中，可以在打开虚拟机之前，禁止网络功能，提供的虚拟机已经禁止了。

Step5:

对于 Vivado开发工具的安装，将下载的压缩包解压后，从命令行进入该目录，执行 xsetup即可像在 Windows一样安装。注意：为减少虚拟机所占用硬盘空间，虚拟机里提供的开发套件是直接将本人PC中安装好的 Vivado和 SDK等复制到/mnt/workspace/toolchains目录中的，这里不提供全新安装 Vivado的步骤，若需要帮助的话，可以通过邮件联系我。

Step6:

本开发使用的是 Vivado开发套件里提供的交叉编译器，无须再安装其它交叉编译器。 Step7:

整个开发过程主要使用脚本进行操作，故在每次开发前，需要执行如下图所示操作来设置好环境变量。如果需要支持新的开发板时，只需要建立新的目录（如 miz702等），然后把 scripts复制到新的目录中，修改相关设置（如 uboot版本等），十分方便。

1.2.2下载资源

使用 get_xilinx_sources.sh脚本下载 uboot、kernel、device tree等源码及 ramdisk到 packages目录中，并解压 uboot和 kernel等源码。若需要更改源码的版本，则打开 get_xilinx_sources.sh文件后，修改相应的设置即可。当网络不是很好时，可以直接压缩包目录中的包复制到 packages目录下即可。

1.3 VIVADO 工程的搭建

计 FPGA 这部分相信读者已经相当熟悉了，这里只是对工程里的一些关键地方进行说明。在命令行下切换到/mnt/workspace/MIZ702N(工程目录读者可以自己指定)目录下，通过输入 vivado即可打开 vivado工具。

此工程可以在WINDOWS或者LINUX下使用。建议初学者WINDOWS下使用。

1.3.1 VIVADO 硬件工程构架

MIZ701N

MIZ702/MIZ702N

1.3.2 时钟设置

Step1：双击ZYNQ CPU IP 进行如下步骤设置：MIZ702和MIZ702N的输入时钟是333.333333MHZ

Step2：MIZ701N PS的输入时钟是50MHZ

Step3：PS的PLL提供本系统的时钟100MHZ

Step4：MIZ702的开发板采用的是单片256MB的MT41K128M16JI-125

Step5：MIZ701N和MIZ702N的内存型号一样，都是单片512MB的MT41K256M16RE-125

Step6：启动1路HP接口，HP接口是ZYNQ个高速数据接口

Step7:勾选PL到PS的中断资源（关于中断，在第二季的课程中有详细讲解，不熟悉的读者可以到第二季课程中温习一下）

Step8:增加必要的外设，包括ENET0以太网接口、USB_0 USB接口、SD0 TF卡接口、SD1 EMMC接口、UART1串口。

Step9:设置完成后单击OK

Step10:双击VDMA IP 由于只使用了VDMA读通道设置如下：

Step11:双击PLL时钟IP

MIZ701N PLL时钟设置

MIZ702/MIZ702N PLL时钟设置

Step13:修改VTC 显示时序发生IP参数符合1024X600分辨率

1.4 PS设置

1.4.1 PS SDK测试显示器输出

新建Display_VMDA_Test空的工程，为了测试在裸机下图形系统显示正确，编写SDK测试代码main.c函数以及其他必要函数。

*南京米联电子科技有限公司

*www.milinker.com

*www.osrc.cn

*test display

#include "xaxivdma.h"

#include "xaxivdma_i.h"

#include "sleep.h"

#define DDR_BASEADDR 0x00000000

#define VDMA_BASEADDR XPAR_AXI_VDMA_0_BASEADDR

#define H_STRIDE 1024

#define H_ACTIVE 1024

#define V_ACTIVE 600

#define pi 3.14159265358

#define COUNTS_PER_SECOND (XPAR_CPU_CORTEXA9_CORE_CLOCK_FREQ_HZ)/64

#define VIDEO_LENGTH (H_STRIDE*V_ACTIVE)

#define VIDEO_BASEADDR0 DDR_BASEADDR + 0x2000000

#define VIDEO_BASEADDR1 DDR_BASEADDR + 0x3000000

#define VIDEO_BASEADDR2 DDR_BASEADDR + 0x4000000

u32 *BufferPtr[3];

unsigned int srcBuffer = (XPAR_PS7_DDR_0_S_AXI_BASEADDR + 0x1000000);

int run_triple_frame_buffer(XAxiVdma* InstancePtr, int DeviceId, int hsize,

int vsize, int buf_base_addr, int number_frame_count,

int enable_frm_cnt_intr);

//函数声明

void Xil_DCacheFlush(void);

// 所有数据格式为 RGBA，低位的透明度暂不起作用

extern const unsigned char gImage_beauty[1729536];

extern const unsigned char gImage_mm[1228800];

extern const unsigned char gImage_miz702[600000];

extern const unsigned char gImage_miz702_rgba[600000];

void show_img(u32 x, u32 y, u32 disp_base_addr, const unsigned char * addr, u32 size_x, u32 size_y)

{

//计算图片左上角坐标

u32 i=0;

u32 j=0;

u32 r,g,b;

u32 start_addr=disp_base_addr;

start_addr = disp_base_addr + 4*x + y*4*H_STRIDE;

for(j=0;j<size_y;j++)

{

for(i=0;i<size_x;i++)

{

b = *(addr+(i+j*size_x)*4+1);

g = *(addr+(i+j*size_x)*4+2);

r = *(addr+(i+j*size_x)*4+3);

Xil_Out32((start_addr+(i+j*H_STRIDE)*4),((r<<16)|(g<<8)|(b<<0)|0x0));

}

Xil_DCacheFlush();

}

int main(void)

{

u32 i;

//Xil_DCacheFlush();

xil_printf("Starting the first VDMA \n\r");

//VDMA configurateAXI VDMA0

/*****************往DDR写数据设置**********************/

//Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x030), 0x00000003);// enable circular mode

//Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x0AC), VIDEO_BASEADDR0); // start address

//Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x0B0), VIDEO_BASEADDR1); // start address

//Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x0B4), VIDEO_BASEADDR2); // start address

//Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x0A8), (H_STRIDE*4)); // h offset (640 * 4) bytes

//Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x0A4), (H_ACTIVE*4)); // h size (640 * 4) bytes

//Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x0A0), V_ACTIVE); // v size (480)

/*****************从DDR读数据设置**********************/

Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x000), 0x00000003); // enable circular mode

Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x05c), VIDEO_BASEADDR0); // start address

Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x060), VIDEO_BASEADDR0); // start address

Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x064), VIDEO_BASEADDR0); // start address

Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x058), (H_STRIDE*4)); // h offset (640 * 4) bytes

Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x054), (H_ACTIVE*4)); // h size (640 * 4) bytes

Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x050), V_ACTIVE); // v size (480)

for(i=0;i<614400;i++)

{

Xil_Out32(VIDEO_BASEADDR0+i,0);

}

while(1)

{

show_img(0,0,VIDEO_BASEADDR0,&gImage_beauty[0],563,600);

sleep(5);

show_img(0,0,VIDEO_BASEADDR0,&gImage_miz702_rgba[0],375,400);

sleep(5);

}

return 0;

}

1.4.2测试效果缺图

1.4.3 新建FSBL工程

产生的fsbl.elf 后面将用于参数BOOT.BIN文件

1.4.4产生设备树

Step1:首先解压 device-tree-xlnx-xilinx-v2015.4.tar.gz，然后打开 Xilinx Tools→Repositories将刚才解压的目录包含进来。

Step2:打开 File→New→Board Support Package创建,其它弹出窗口按默认设置即可

Step3:在该工程中，zynq-7000.dtsi文件是 Xilinx提供给所有 zynq-7000开发板使用的，只所有的 status都设置为”disabled”，而 system.dts里根据板子上的具体实现，修改设备树使其可以正常工作。pl.dtsi文件是 FPGA里使用的 IP对应的设备树。

1.5编译 u-boot、kernel、设备树和文件系统

1.5.1批处理文件

这里使用 xilinx在 github上提供的 u-boot和 kernel源码，在 Wiki上提供的文件系统（当然，也可以直接使用 buildroot自己匹配根文件系统，该方法简单快捷，不用再去解决什么依赖问题，但好像国内很少有人这么干，他们都把 busybox等模块一个个搭建起来）。 1、配置 uboot和编译 uboot自带的工具，为编译 kernel提供 mkimage工具的支持。注意，由于编译新版本的 uboot需要 openssl和 dtc的支持，这里呢，在系统里已经安装好了 openssl，而 dtc则利用 kernel 里自带的，所以这一步做完，我们将直接编译内核，等编译完内核后再来编译 uboot。注意： cfg_bootloader.sh可以在任意目录下使用，而 make tools只能在 bootloader目录下使用，bootloader就是我们存放 uboot源码的地方。(注意：这部分仅在恢复配置文件至 Xilinx提供的配置时用，在自己修改完配置之后，除了需要恢复配置文件外，请谨慎使用这两条命令) 。

Step1:运行setup_env.sh批处理文件(管理员模式下的密码为root)

Step2:运行cfg_bootloader.sh批处理文件

Step2:运行make tools处理命令（执行的是清理工作，重置配置时候使用）

Step3:配置内核(注意：这部分仅在恢复配置文件至 Xilinx提供的配置时用，在自己修改完配置之后，除了需要恢复配置文件外，请谨慎使用这条命令)

1.5.2 修改设备树

Step1:由于各种开发板可以参考zedboard的配置设备参数，因此我们可以修改已经存在的相关文件，来满足我们的自定义需求打开/mnt/workspace/linux/kernel/arch/arm/boot/dts/zynq-zed.dts

Step2:修改 bootargs信息启动参数 bootargs是传递给 kernel的参数。Console是一个输出系统管理信息的文本输出设备，这些信息来自于内核，系统启动和系统用户，其中 console=ttyPS0,115200用来设置串口作为输出终端设备，是这些信息可以通过串口在远程的终端上显示。而 console=tty0则是设置显示器作为输出终端。

如果想屏幕永不休眠，则在启动参数 bootargs中增加 consoleblank=0，网络上大部分是讲修改内核源码，但我觉得这种方法才是最方便，且符合一个内核适合多种产品的思想。其它参数读者应该也知道是什么意思，这里也就不多讲了。

Step3:添加 vdma和 framebuffer设备树节点，注意：这里是添加到根节点。笔者觉得，arm linux引进设备树，比以前版本的做法好很多，只是驱动里需要设备树提供哪些参数，在 Linux文档里没有很好的说明，或者是驱动里所需要的参数改变了，而文档又没有及时更新，这部分是 linux的不足之处。所以，开发 Linux过程中，最好还是以源码为中心。设备树这部分是参考之前在 SDK里产生的设备树和内核里相关文档，在阅读 vdma等驱动源码后，修改而来的，并不是说 SDK里产生的设备树直接搬来就可以正常使用。

Step4:修改 SD卡和 emmc设备树节点

这部分直接将之前在 SDK里产生的设备树复制过来就可以正常使用。总的来说，对于 PS的外设，其硬件是固定的，驱动也基本不会有太大的变化，故基本上是可以直接搬来就可以用，但也有例外，如果 USB，SDK里并不知道你要当 host或者 otg来使用，所以需要做些小修改。而对于 PL中使用的 IP，其硬件和驱动经常有变化，SDK里产生的设备树不能直接拿来使用。

1.5.3 添加 framebuffer驱动

Step1:把vdmafb.c文件复制到 /mnt/workspace/linux/kernel/drivers/video/fbdev 目录下，对于驱动这部分，主要还是要看源码，注意，该驱动仅支持 640x480分辨率，若需要支持其它分辨率，需要修改和调试相关源码。

Step2:打开/mnt/workspace/linux/kernel/drivers/video/fbdev目录下的 Makefile文件，当然也可以用其它文本编辑器。

找到 CONFIG_FB_XILINX，在其下方添加 obj-$(CONFIG_FB_VDMA)+= vdmafb.o。读者可以直接复制笔者提供的开发包中的修改好的文件。

Step3:打开/mnt/workspace/linux/kernel/drivers/video/fbdev目录下的 Kconfig文件：

找到 FB_XILINX，在其下方添加以下信息。读者可以直接复制笔者提供的开发包中的修改好的文件。

Step4:打开/mnt/workspace/linux/kernel/drivers目录下的 Makefile文件,找到 obj-y += video/ 读者可以直接复制笔者提供的开发包中的修改好的文件。

把它剪切并粘贴到

Step5:回到 kernel目录下，执行 make menuconfig，配置 kernel。

按向下方向键找到 Device Drivers，按回车键进入

按向下方向键找到 Graphics support，按回车键进入

按向下方向键找到 Bootup logo，按空格键选择

按向上方向键找到 Frame buffer Devices，按回车键选择

至此已经完成 linux kernel的配置，按向左方向键至<Exit>，再按回车键返回上一级菜单

直到看到以下窗口，按<Yes>保存。

1.5.4执行mk_kernel.sh编译内核

1.5.5执行mk_bootloader.sh编译uboot

1.5.6制作UBOOT.BIN

Step1:把system_wrapper.bit 和 fsbl.elf复制到 output/target/目录下。

Step2:执行mk_sd_image.sh打包从 SD启动所需要的文件

Step3:至此系统部分已经完成，复制linux/image/sd_images文件下文件到TF卡测试移植好的LINUX系统。

1.6 EMMC 8GB内存测试(MIZ702不支持)

Step1:从系统的启动信息可以看到，系统已经发现 mmc0（即 SD卡）和 mmc1（即 emmc),而且列出了 SD 卡为 7.41GB，而 emmc为 7.20GB

Step2:给 eMMC分区当然，如果只分为一个分区的话，其它也可以不分区。在命令行下运行 fdisk /dev/mmcblk1来对 emmc 进行分区。这里需要注意，确认有没有 SD卡插入，也就是说确认当前 eMMC是/dev/mmcblk1还是 /dev/mmcblk0，还有对于有多个分区的，可能存在/dev/mmcblk0p1、/dev/mmcblk0p2等等。

Step3:将分区格式化为 ext2格式能格式化为什么格式，如 ext2、ext3、nfts、fat32，这些都跟系统的定制有关

Step4:测试 emmc的性能

在 Linux下，既可以使用 dd命令来低格 U盘等，也可以用来复制文件（类似于 windows下的 ghost功能），当然也可以用来测试硬盘等的性能，虽然没有专业软件的测试得准确，但用来对比性能已经足够了。对于/dev/zero和/dev/null两个设备的说明，可以百度一下

Step4.1写性能

下面使用 dd命令将从/dev/zero设备中产生一个 1GB的文件写入到 emmc：

Step4.2读性能

下面使用 dd命令将 1GB的文件写入到/dev/null设备中：

Step4.3读写性能

下面使用 dd命令将 emmc中的一个 1GB的文件写入到 emmc的另外一个文件

1.7 测试 framebuffer

Step1:将虚拟机/mnt/workspace/linux/framebuffer目录下的测试程序（源代码也在该目录里）复制到 SD 卡上，然后给开发板上电。在 Windows下打开串口终端putty

软件。

Step2:切换到 sd卡目录下（比如 mount /dev/mmcblk0p1 /mnt, cd /mnt），然后运行./framebuffer，在串口终端会显示以下信息。

Step3:在屏幕上会显示以下信息