zynq qspi启动、无SD卡、格式化分区emmc、调试全过程

news2024/11/26 10:32:35

1 背景

使用黑金开发板，全部开发流程避开使用SD卡调试，zynq开发过程中很多资料都是基于SD启动。这样就对新板卡调试带来了一定的困难，因为新板卡基本上没有设计SD卡。这里就一步一步实现qspi启动内核，格式化分区emmc，挂载emmc分区文件系统。

这里需要综述一下调试思路：

  1. 第一步：根据原理图搭建最小系统vivado工程，使用SDK对硬件电路进行测试
  2. 第二步：根据vivado工程的hdf文件，使用petalinux生成设备树文件
  3. 第三步：调试U-boot，这需要调试U-boot设备树、W25Q256FVEI、KSZ9031驱动，tftpboot 指令、bootz指令，NFS挂载文件系统。U-boot调试是重点，能够通过U-boot NFS挂载文件系统，板卡启动后，进行emmc的格式化分区，制作文件系统，再同通过修改环境变量、bootargs设置启动挂载emmc分区。
  4. 第四步：调试kernel，配置KSZ9031驱动
  5. 第五步：调试kernel用设备树

这里需要解释一下为什么没有采用petalinux一站式调试，petalinux对U-boot、kernel封装的很好，但是实际调试过程中很不方便，不够灵活。最难以忍受的是QSPI生成的BOOT.BIN文件把内核、设备树、bit流都打包进去，一下子十多兆，用仿真器烧录进去，都要好久，调试过程呢这个烧录反反复复，大大降低了调试效率。当然还有其他问题，比如u-boot、设备树、内核、bit流的修改不够灵活，效率太低。

最终实现效果如下图所示：

最终软件部署图 

本文调试过程使用Vivado工程，Uboot源码，Kernel源码，步骤文档等等如下链接

zynqqspi启动、无SD卡、调试全过程，含vivado工程，使用Uboot源码，使用Kernel源码等调试过程使用资源资源-CSDN文库

2 原理图 

这里选用的黑金开发板，黑金开发板底版上是有设计SD卡的，这里我们就是要避开使用SD卡，所以关于SD卡的设计部分，我们就默认为不存在。

2.1 QSPI

 这里部分原理图QSPI采用W25Q256FVEI

2.2 emmc 

emmc采用MTFC8GAKAJCN型号。这里需要注意的是这里对的emmc连接到PS的控制器SD1上了。

2.3 DDR

ddr设计1G空间，图太多，就不贴了。

采用型号MT41K256M16TW，在开发板的核心板原理图中有详细的原理图设计。

2.4 串口

调试串口

使用ps端串口1，黑金开发板串口0在核心板上，底版是串口1，我们使用底版的串口进行调试，所以这里要重点关注，尤其是Uboot中，不然会看不到打印数据。

2.5 网口

采用片上PS 端MAC0，通过RGMII接口连接采用PHY KSZ9031RNX,phy的地址为0x01，这里注意后面写设备树需要。Uboot需要移植一下该PHY的驱动，内核也是需要的，图太多，就不贴了。

3 Vivado工程 

Vivado 采用2018.3。vivado搭建最小系统，这需要注意的是

BANK电压的选择

DDR控制器的选择，根据使用DDR的型号选择

emmc连接到SDIO1

vivado工程不做过多的设计，这里主要是把系统调试通，后面vivado工程，可以随时更新。

BD文件，这里很简单，主要是一些PS侧的一些设置。

附件资料提供vivado工程。

4 SDK

4.1 硬件调试

新板子贴装回来，硬件工程师一般先对电源电路进行调试，保障板子不爆炸，哈哈，然后丢给软件人员。有些NB的硬件工程师，自己可以使用SDK跑一些测试例程测试一下硬件的基本电路。

这里SDK测试硬件电路不是文章的重点，SDK新建工程也比较简单，如下图所示，SDK提供了很多测试例程，不懂C语言都可以进行测试，这里就不过多阐述。

举例说明，跑一下SDK的串口例程，看看串口打印是否正常，如果串口打印不正常，检查串口电路是否正常，收发是否反接了等等问题。

SDK提供用于测试的例程 

4.2 FSBL 

这里我们要新建一个FSBL工程，用来挂着仿真器，下载BOOT.BIN到QSPI FLASH（BOOT.BIN文件的制作参考5、6、7章节）

烧录步骤如下：

  1. 板子掉电，连接仿真器到电脑，设置JATG启动，板子上电
  2. SDK配置选择如下图所示
  3. 烧录成功提示log如下
  4. 板子掉电，设置QSPI启动，板子上电，看一下串口输出

附件资料提供SDK工程

5 Petalinux

Petalinux采用2018.03版本。

Vivado工程到导出HDF文件，使用petalinux生成bit文件、设备树文件，供后续使用。具体步骤如下

创建文件夹

mkdir -p work/petalinux/

打开文件夹

cd work/petalinux/

有效petalinux环境变量

source /opt/petalinux/settings.sh

创建工程

petalinux-create -t project --template zynq -n zynq_linux

cd zynq_linux

配置hdf文件，该hdf文件，由上述vividao工程生成，这里弹出配置界面，我们全部保留默认配置即可。这里配置需要一段时间，需要耐心等待。

petalinux-config --get-hw-description /media/ltt/019e0de3-9402-4e53-83f4-f86198f1464d2/ALINX/work/hdf/

编译，这里编译需要一段时间，需要耐心等待。

petalinux-build

需要注意的是petalinux使用过程完全保持默认配置，因为我们仅仅需要petalinux打包生成BOOT.BIN。

5.1 制作BOOT.BIN

打包生成BOOT.BIN，注意如下指令，仅仅将u-boot.elf和zynq_fsbl.elf打包到BOOT.BIN内，这样BOOT.BIN的大小就很小，一般不到1M，使用仿真器烧录进QSPI就非常快。下列指令，是我们使用Petalinux的主要目的

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

这里只是告诉我们怎么制作BOOT.BIN，这个BOOT.BIN还不能直接烧录到黑金开发板，我们要对Uboot做第6、7章节的更改后，再烧录进去调试。

6 设备树 

这里为什么要提前写设备树相关的内容呢，因为设备树再Uboot和内核中都有涉及。其中Uboot的设备树可以相对简单一些。

在第5章中文件夹，在 Petalinux 工 程 中 执 行 编 译 uboot 后 ， 会 在 工 程 的components/plnx_workspace/device-tree/device-tree/目录下生成设备树文件，如下图所示

 根据上述文件的四个文件的基础修改自己的设备树文件。

7 Uboot

Uboot调试时整个调试过程中最关键，这里我们选择u-boot-xlnx-xilinx-v2018.3。

Xilinx  维护的 uboot 版本可在网站 https://github.com/Xilinx/u-boot-xlnx 查看。Uboot调试过程需要反复烧录QSPI，具体流程如下

  1. 修改uboot

这里修改内容就比较多，包含修改配置，修改代码，添加驱动、修改设备树等等操作

  1. 编译uboot
  2. 替换第5章Petaliux中./images/linux/u-boot.elf文件
  3. 执行指令，生成新的BOOT.BIN
  4. 将新的BOOT.BIN烧录板子，进行测试，如果有问题重复步骤1

配置文件修改，我们直接在Xilinx 官方的 ZYNQ ZC702 开发板做的硬件进行修改

7.1 Uboot添加QSPI驱动W25Q256FVEI

这个版本的Uboot是有W25Q256FVEI驱动的，需要进行配置一下，具体为：

在zynq_zc702_defconfig文件追加如下配置

CONFIG_SPI_FLASH_WINBOND=y

这里zynq_zc702_defconfig文件中已经配置该项，所以无需进行任何改动。正确识别到SPI FLASH的打印log如下图所示

 7.2 Uboot添加KSZ9031驱动

这个版本的Uboot是有KSZ9031驱动的，需要进行配置一下，具体为：

在zynq_zc702_defconfig文件追加如下配置

CONFIG_PHYLIB=y

CONFIG_PHY_MICREL=y

CONFIG_PHY_MICREL_KSZ90X1=y

我尝试了一下，在没有进行上述配置的清空下也能ping通，这里为了保险起见，还是添加上述配置。

 7.3 Uboot修改设备树

在zynq_zc702_defconfig文件修改如下代码

CONFIG_DEFAULT_DEVICE_TREE="zynq-zc702"

修改为

CONFIG_DEFAULT_DEVICE_TREE="system-top"

修改arch/arm/dts/Makefile

在如 内容结尾处字段追加  system-top.dtb

dtb-$(CONFIG_ARCH_ZYNQ) += \

         zynq-cc108.dtb \

         zynq-cse-nand.dtb \

         zynq-cse-nor.dtb \

         zynq-cse-qspi-parallel.dtb \

         zynq-cse-qspi-single.dtb \

         zynq-cse-qspi-stacked.dtb \

         zynq-cse-qspi-x1-single.dtb \

         zynq-cse-qspi-x1-stacked.dtb \

         zynq-cse-qspi-x2-single.dtb \

         zynq-cse-qspi-x2-stacked.dtb \

         zynq-microzed.dtb \

         zynq-picozed.dtb \

         zynq-syzygy-hub.dtb \

         zynq-topic-miami.dtb \

         zynq-topic-miamilite.dtb \

         zynq-topic-miamiplus.dtb \

         zynq-zc702.dtb \

         zynq-zc706.dtb \

         zynq-zc770-xm010.dtb \

         zynq-zc770-xm011.dtb \

         zynq-zc770-xm012.dtb \

         zynq-zc770-xm013.dtb \

         zynq-zed.dtb \

         zynq-zturn-myir.dtb \

         zynq-zybo.dtb \

         system-top.dtb

将第6章中四个设备树文件复制到arch/arm/dts文件夹下，并修改system-top.dts文件，具体修改内容如下：

文件增加了网口的设备树、QSPI的设备，以及指定了打印串口1，设备的对比第6章自动生成设备文件改动较小。system-top.dtsi文件如下

/*
 * CAUTION: This file is automatically generated by Xilinx.
 * Version:  
 * Today is: Thu Jun 13 08:06:37 2024
 */
/dts-v1/;
#include "zynq-7000.dtsi"
#include "pcw.dtsi"
/ {
	model = "ALINX  Board 333";
	compatible = "xlnx,zynq-7000";
	chosen {
		bootargs = "console=ttyPS1,115200 earlyprintk root=/dev/mmcblk0p2 rw rootwait";
		stdout-path = "serial1:115200n8";
	};
	aliases {
		ethernet0 = &gem0;
		serial0 = &uart1;
		spi0 = &qspi;
		mmc0 = &sdhci1;
	};
	memory {
		device_type = "memory";
		reg = <0x0 0x40000000>;		// DDR size
	};

};

&gem0 {
	phy-handle = <&ethernet_phy>;
	local-mac-address = [00 0a 35 00 1e 53];

	ethernet_phy: ethernet-phy@1 {
		reg = <0x1>;
		device_type = "ethernet-phy";
	};
};

&uart0 {
	u-boot,dm-pre-reloc;
	status = "okay";
};
&uart1 {
	u-boot,dm-pre-reloc;
	status = "okay";
};

7.4 制作BOOT.BIN

修改后的Uboot编译通过后，生成u-boot

编译指令如下

使能环境变量

source /opt/petalinux/settings.sh

清理Uboot

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean

生成.config

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- zynq_zc702_defconfig

编译Uboot

make V=0 ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -j8

将该u-boot修改为u-boot.elf，复制到5.1中/images/linux/文件夹下，然后执行5.1中命令，生成BOOT.BIN。

使用该BOOT.BIN文件参考4.2中烧录方法，下载到QSPI FLASH进行调试，通过调试串口，打印log信息判断目前烧录的BOOT,BIN的状态，如果网口或者QSPI驱动还有问题，要进一步修改，重复烧录调试。

使用SDK烧录配置：

烧录成功后，掉电，切换开启启动SPI启动，同通过串口查看打印信息。

7.5 测试

开机log发现，我们上述的修改都正确了。这里需要测试一下网口是否能够ping通，网口能够ping通。

 这里要调试后一定要保证网口、QSPI FALSH正常，才能进行下面的操作。

8 Kernel

使用 Xilinx 提供的 Linux源码， Xilinx 提供的 Linux 源码，如下网址可以下载，使用

https://github.com/Xilinx/linux-xlnx/tree/xilinx-v2018.3

 8.1 zImage

前面的过程太复杂了，新板调试的关键就是Uboot，这里内核，我们就不修改任何东西，直接编译zImage。在编译 Linux 内核之前要先配置 Linux 内核。每个板子都有其对应的默认配置文件，这些默认配置文件保存在 arch/arm/configs 目录中。 xilinx_zynq_defconfig 作为 ZYNQ EVK 开发板所使用的默认配置文件。

编译kernel，制作zImage

source /opt/petalinux/settings.sh

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- distclean

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- xilinx_zynq_defconfig

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- zImage -j10

8.2 设备树

设备树可以参考7.3中Uboot修改设备树的方法。

编译设备树文件，这里将Uboot中使用的设备树文件，拷贝到./linux-xlnx-xilinx-v2018.3/arch/arm/boot/dts文件夹下

同时，修改./linux-xlnx-xilinx-v2018.3/arch/arm/boot/dts/Makefile添加system-top.dtb，如下所示：

dtb-$(CONFIG_ARCH_ZYNQ) += \

         zynq-cc108.dtb \

         zynq-microzed.dtb \

         zynq-parallella.dtb \

         zynq-zc702.dtb \

         zynq-zc706.dtb \

         zynq-zc770-xm010.dtb \

         zynq-zc770-xm011.dtb \

         zynq-zc770-xm012.dtb \

      zynq-zc770-xm013.dtb \

         zynq-zed.dtb \

         zynq-zybo.dtb \

         system-top.dtb

编译生成system-top.dtb，如下指令

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- system-top.dtb -j10

至此我们得到两个文件：

Linux 内核镜像文件： zImage。

Xilinx对应的设备树文件： system-top.dtb。

将这两个文件拷贝到tftp文件夹下，为后续tftp调试准备

9 TFTPBOOT 

首先调试板卡和虚拟机Ubuntu之间，在 Ubuntu 上搭建 TFTP 服务器。关于搭建步骤网上资料较多，这里就不在重复。

使用电脑直接连接开发板，虚拟机Ubuntu作为服务器，需要配置一些参数，才能正常工作。

9.1 Ubuntu配置参数

这里保障虚拟机Ubuntu ping通，需要关闭电脑wifi虚拟机配置IP，本地电脑的IP也要保持和开发板、虚拟机Ubuntu的IP在同一网段。

sudo ifconfig ens33 192.168.3.99

9.2 Uboot配置参数

主要是配置板卡IP，配置服务器IP

setenv ipaddr 192.168.3.101
setenv ethaddr 00:0a:35:00:1e:53
setenv gatewayip 192.168.3.1
setenv netmask 255.255.255.0
setenv serverip 192.168.3.99


saveenv

9.3 tftpboot

需要将第8章中编译的文件，拷贝到tftpboot文件夹下

将文件通过tftpboot指令拷贝到DDR

tftpboot 0x2080000 zImage

tftpboot 0x2000000 system-top.dtb

启动内核

bootz 0x2080000 - 0x2000000

执行上述指令，启动内核，但是我们到这里还没有制作文件系统，所以这里启动内核会发生错误。但是如果内核能够正常启动，说明我们的Uboot调试告一段落了。

9.4 测试

测试过程中出现如下Starting kernel ...字样后，就没有任何提示信息了，该字样时Uboot打印，已经跳转到kernel，应该是时Kernel的打印串口切换到串口0了，也就是Uboot给到Kernel的bootargs需要修改

错误问题

Zynq> bootz 0x2080000 - 0x2000000

## Flattened Device Tree blob at 02000000

   Booting using the fdt blob at 0x2000000

   Loading Device Tree to 1fffa000, end 1ffff574 ... OK

Starting kernel ...

解决办法

Uboot中修改bootargs变量

setenv bootargs 'console=ttyPS0,115200 earlyprintk root=/dev/mmcblk0p2 rw rootwait'

saveenv

这里多说一句，bootargs中使用ttyPS0还是ttyPS1其实和设备树的写法也是相关的，实在不行就两者都试试了。总有一个是可以的。

这里内核能启动起来，恭喜你，三巨头你已经不知不觉中搞定了2个了，还有一个就是文件系统。

10 NFS文件系统

NFS的搭建，参考网上资料，比较多了，这里不再重复，也比较简单。

这里想说说为什么要搭建NFS文件系统，首先NFS方便调试，这个大家都知道。但是，你有没有想过，你的板卡刚从贴装厂出来，里面的EMMC啥数据都没有，你不可能直接把数据烧录到EMMC，当然这时有设计SD卡肯定更方便一些，多一种途径操作EMMC。

通过NFS的文件系统，我们就可以将EMMC格式化、分区、然后再进行挂载。

文件系统的制作，这里其实已经有了，Petalinux已经为我们生成了，可以使用，在/work/petalinux/zynq_linux/images/linux目录下

10.1 解压缩文件系统 

解压缩文件系统，到该路径xxx/linux/nfs

mkdir rootfs

tar -xzvf /xxx/images/linux/rootfs.tar.gz -C /xxx/nfs/rootfs/

10.2 修改Uboot启动参数

首先我这里是电脑的网口直接连接开发板的网口，虚拟机Ubuntu ip地址配置为99，电脑win10的IP配置为100，开发板的IP配置为99

setenv bootargs 'console=ttyPS0,115200 root=/dev/nfs rw nfsroot=192.168.3.99:/xxx/nfs/rootfs ip=192.168.3.101:192.168.3.99:192.168.3.1:255.255.255.0::eth0:off'


saveenv

修改上述配置后，再进行第9章，启动内核后就可以，直接挂载NFS文件系统启动了。

10.3 测试

这里的文件系统可能还缺少很多指令，不过通过Petalinux可以配置，如果你有之前的文件系统，那也可以直接使用。

  1. 挂载MMC对MMC进行分区格式化，再将文件系统解压缩的指定分区；
  2. 修改Uboot的bootargs指定根文件系统为MMC的分区；
  3. 最后调试没有问题了，就可以固定Uboot的启动流程，将第9章中的手动启动指令，修改为自动启动。

11 总结

文章详解了qspi调试的全过程。后续关于文件系统的制作讲述有点粗糙，只是提出了步骤。不然文章太长，步骤过于复杂，会让初学者失去兴趣。

整个调试过程也可以看到，基于赛灵思官方ZYNQ ZC702 开发板的配置基本上不用修改都可以把整个过程调试通过。

这里提供调试过程中的所有资料，包含vivado工程、调试后Uboot源码、调试后Kernel源码、文件系统等，供参考。

有问题，可以留言交流。

12 使用资源下载

本文调试过程使用Vivado工程，Uboot源码，Kernel源码，步骤文档等等如下链接

zynqqspi启动、无SD卡、调试全过程，含vivado工程，使用Uboot源码，使用Kernel源码等调试过程使用资源资源-CSDN文库

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一、靶机介绍 应急响应靶机训练-Web2 前景需要&#xff1a;小李在某单位驻场值守&#xff0c;深夜12点&#xff0c;甲方已经回家了&#xff0c;小李刚偷偷摸鱼后&#xff0c;发现安全设备有告警&#xff0c;于是立刻停掉了机器开始排查。 这是他的服务器系统&#xff0c;请你…
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