Zynq下Linux系统搭建指南 Zynq器件，作为Xilinx公司推出的一系列SoC（System-on-Chip，系统级芯片）产品家族中的佼佼者，将传统的FPGA（可编程逻辑器件）与嵌入式处理器相结合，形成了一种集成了硬件和软件处理能力的单一芯片解决方案

    本文将详细介绍如何在Zynq平台上搭建Linux系统，帮助读者充分利用这一强大工具的优势

     一、Zynq架构与设计目标 Zynq的架构主要由两部分组成：处理系统（Processing System，PS）和可编程逻辑（Programmable Logic，PL）

     1.处理系统（PS）：以双核ARM Cortex-A9为核心，构成了一个功能强大的处理系统

    PS部分具有固定的架构，包含了处理器和系统的存储器，能够运行像Linux这样的操作系统，为应用层提供强大的计算能力和丰富的软件资源

     2.可编程逻辑（PL）：等价于一片FPGA，提供了极高的灵活性和可扩展性

    PL部分完全是灵活的，给了设计者一块“空白画布”来创建定制的外设

    设计者可以根据自己的需求，通过编程来配置PL部分的逻辑功能，实现各种复杂的硬件加速和信号处理任务

     Zynq的设计目标是提供更高的性能和灵活性，同时减少系统的功耗和复杂性

    通过集成处理器和FPGA，Zynq能够在单个芯片上实现存储、处理、逻辑和接口等各个功能模块，从而降低了系统的成本，提高了整体性能和可靠性

     二、开发环境准备 在开始搭建Linux系统之前，需要准备以下工具和资源： - Vivado 2021.2：用于创建和配置FPGA硬件设计

     - Petalinux 2021.2：用于创建和配置Linux系统

     - Ubuntu虚拟机：Ubuntu 18.04 版本

     - Xenomai源码：可以从Xenomai官方网站下载

     - Linux内核源码：可以从Linux官方网站下载

     - ARM交叉编译工具链：如arm-linux-gnueabihf-gcc等

     三、搭建步骤 1. 创建Vivado工程 在Vivado中创建一个新的工程，根据自己的开发板配置Zynq IP核，如UART、Ethernet、USB、DDR、SD等

    完成设计后，生成bitstream文件并导出硬件描述文件（.xsa）

     2. Petalinux配置 - 创建PetaLinux工程：执行命令`petalinux-create -t project -n --template zynq`

     - 导入硬件描述文件：执行命令`petalinux-config --get-hw-description=`

     - 配置内核和根文件系统：执行命令`petalinux-config -c kernel`，选择合适的内核配置选项，并添加必要的包和库

     3. 构建Xenomai内核 - 准备Xenomai内核源码：从Xenomai官网下载源码，例如xenomai 3.1内核源码

     - 准备ipipe补丁：下载与Xenomai版本相匹配的ipipe补丁，例如ipipe 4.9.24 arm补丁

     - 准备Linux内核源码：从Linux官网下载源码，例如linux 4.9.24内核源码

     - 安装交叉编译工具链：更新包列表后，安装交叉编译工具链，执行命令`sudo apt-get install gcc-arm-linux-gnueabihf`

     4. 构建Linux内核 - 向Linux内核打入补丁：通过Xenomai内核源码的prepare-kernel.sh进行打补丁，这样可以保证打入补丁完整性并且可以避免一些错误

    执行以下命令： bash ./scripts/prepare-kernel.sh --arch=arm --ipipe= --linux= - 加载Zynq配置文件：将Zynq配置文件放到内核的`/linux-4.9.24/arch/arm/configs`里面，然后执行以下命令加载Zynq配置文件： bash make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- xilinx_zynq_defconfig - 内核配置：进入配置界面，进行自定义配置，执行命令`make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig`

     - 编译内核：生成可以供u-boot加载的uImage文件，执行命令`make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- zImage`

    然后使用u-boot-tools将zImage转化为uImage

     5. 编译Xenomai 创建Linux系统需要运行的Xenomai库和工具，切换到Xenomai目录，执行以下命令开始编译： ./scripts/bootstrap ./configure CFLAGS=-march=armv7-a -mfpu=vfp3 -mfloat-abi=hard LDFLAGS=-march=armv7-a --build=i686-pc-linux-gnu --host=arm-none-linux-gnueabi --with-core=cobalt --enable-smp --enable-tls CC=arm-linux-gnueabihf-gcc LD=arm-linux-gnueabihf-ld 四、系统启动与配置 1. 生成FSBL 在SDK中创建新的应用项目，选择Zynq FSBL，编译生成fsbl.elf文件

    如果已经生成了u-boot文件，可以用SDK来制作boot.bin

     2. 编译u-boot - 下载u-boot源码：从Xilinx的GitHub仓库下载u-boot源码

     - 配置u-boot：主要配置u-boot中的`./configs/_defconfig文件，例如使用zynq_zc702_defconfig`

     - 修改配置文件：根据具体硬件平台，修改相关配置文件

     - 编译u-boot：使用交叉编译工具链编译u-boot，生成u-boot.elf文件

     3. 文件系统配置 下载并解压Linaro Ubuntu文件系统，对SD卡进行分区，第一区为fat格式，存放boot.bin、uImage、devicetree.dtb、uEnv.txt文件；第二区用ext3格式，存放Ubuntu文件系统

     五、总结 通过上述步骤，我们成功在Zynq平台上搭建了Linux系统

    Zynq结合了ARM处理器的软件可编程性和FPGA的硬件可编程性，为嵌入式系统设计、通信、图像处理等领域提供了无与伦比的性能、灵活性和可扩展性

     在搭建过程中，Vivado用于创建和配置FPGA硬件设计，Petalinux用于创建和配置Linux系统，而Xenomai则提供了高精度的实时操作系统功能

    通过合理配置和编译内核、u-boot以及文件系统，我们能够在Zynq平台上运行稳定、高效的Linux系统，实现各种复杂的功能和应用

     希望本文能够帮助读者深入了解Zynq平台下Linux系统的搭建过程，并为其在实际项目中的应用提供有益的参考