Zybo Board 开发记录: 执行 Linux 操作系统

本文转载自：coldnew's blog

在 zybo board 开发记录: Zynq 与 LED 闪烁控制 一文中我们谈到了如何透过 C 语言撰写独立的程序，让它控制 Zynq 的处理器系统 (Processing System, PS) 去闪烁 LED 的亮暗。既然 Zynq 的处理器系统 (Processing System, PS) 使用的是 ARM Cortex-A9 的处理器，那当然也可以让我们跑 Linux 在 Zybo Board 上。

本文将简述如何自行编译 u-boot 以及 Linux Kernel，并搭配 Busybox 制作简单的 RootFS 执行于 Zybo Board 上。

开发目标
在这次的开发中，我们要编译 u-boot、Linux，并使用 Busybox 制作简单的 Rootfs 后，透过制作 SD 卡来让 Zybo Board 透过 SD 卡开机。
要注意到的是，由于我们要透过 SD 卡开机进入到 Linux 系统，因此我们要透过 JP5 去更改开机模式。

了解开机流程
既然我们要让 Zybo board 执行 Linux 系统，就要先来了解一下开机流程，才知道我们大概需要准备哪些东西。从Zynq-7000 All Programmable SoC: Embedded Design Tutorial - A Hands-On Guide to Effective Embedded System Design (UG1165) 可以看到 Zynq-7000 执行 Linux 系统的开机流程图。

也就是说，当开始提供电源给 Zynq 处理器系统 (Processing System, PS) 并完成重置(reset) 后，Zynq 内建的 Boot ROM 会去加载 第一阶段开机程序 (First Stage Boot Loader, FSBL) ，接着加载 比特流 (bitstream) 去初始化整个 可程序逻辑(Programmable Logic, PL) 。 完成后，接下来就是透过 U-Boot 去加载 Linux Kernel、Device Tree 以及 Root File System。

了解了这个，我们就知道我们大概要准备哪些东西了。

设定好环境
在安装玩 Vivado 与 Xilinx SDK 后，实际上包含 Zynq 在用的 ARM toolchain 亦同时被安装到系统中，我们只要使用 source 命令即可让当前的环境知道 xilinx-arm toolchain 的路径。这边以 Viavdo 2016.2 作为范例。
coldnew@gentoo ~ $ source /opt/Xilinx/Vivado/2016.2/settings64.sh

这样就可以获得 arm-xilinx-* toolchain 的命令，实际上有哪些呢? 输入个 arm-xilinx- 按下 TAB 看看

如果你系统上已经有其他的 ARM toolchain 的话，可以考虑跳过这一步骤，接下来要格式化 Micro SD 卡。

格式化 MicroSD 卡
在这次的开发中，我们要设定 MicroSD 卡片成两个分区，第一个是 fat32 格式，第二个则使用 ext4 格式，若不会使用 fdisk 命令的话，可以透过 gparted 来进行格式化，以下是我格式化卡片的范例 (8GB 卡片)。

(实际上在本文的范例中，只会用到第一个分区，第二个分区是为了往后文章要开机到大一点的 rootfs 准备的。)

编译 u-boot
我们首先去 GitHub 下载 DigilentInc 加入 zybo board 后的 u-boot 版本，要注意这边要选择 master-next 分支。
git clone https://github.com/DigilentInc/u-boot-Digilent-Dev.git -b master-next

完成后进入到该文件夹
coldnew@gentoo ~ $ cd u-boot-Digilent-Dev

编译 u-boot，记得指派编译目标为 zynq_zybo_config
coldnew@gentoo ~/u-boot-Digilent-Dev $ CROSS_COMPILE=arm-xilinx-linux-gnueabi- make zynq_zybo_config
coldnew@gentoo ~/u-boot-Digilent-Dev $ CROSS_COMPILE=arm-xilinx-linux-gnueabi- make

编译完成后，注意一下 u-boot 这个档案，他就是我们等等要用到的 u-boot 执行档，不过由于 Xilinx Tool 要找有 .elf 扩展名的档案，因此我们把它复制成 u-boot.elf 。
coldnew@gentoo ~/u-boot-Digilent-Dev $ cp u-boot u-boot.elf

编译 Linux kernel
编译好 u-boot 后，接下来就是编译 Linux Kernel 了，我们一样选择 DigilentInc 加入 zybo board 后的 Linux Kernel 版本，记得要选 master-next 分支。
git clone https://github.com/DigilentInc/Linux-Digilent-Dev.git -b master-next

接着，当然就是编译了，不过在这之前请先确定你有装 u-boot-tools 这套件，我们需要里面的 mkimage 指令，Gentoo Linux 可以直接用以下命令来安装。
coldnew@gentoo ~ $ sudo emerge dev-embedded/u-boot-tools

完成后进入 Linux Kernel 文件夹
coldnew@gentoo ~ $ cd Linux-Digilent-Dev