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下面詳細(xì)介紹我們項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)安裝PetaLinux的方法。第一步，我們下載了PetaLinux軟件包12.12版以及用于Kintex-7目標(biāo)板的電路板支持包（BSP）。然后運(yùn)行了PetaLinux SDK安裝程序，并在控制臺上使用下列命令把SDK安裝到了/opt/Petalinux-v12.12-final目錄下：

@    cd /opt

@    cd /opt/PetaLinux -v12.12-final-full.tar.gz

@    tar zxf   PetaLinux-v12.12-final-full.tar.gz

隨后，我們把從賽靈思網(wǎng)站獲得的PetaLinux SDK許可證復(fù)制并拷貝到.xilinx和.Petalogix文件夾中。接下來，我們使用下列命令獲取適當(dāng)設(shè)置，設(shè)置了SDK的工作環(huán)境：

@    cd /opt/PetaLinux-v12.12-final

@    source  settings.sh

為驗(yàn)證工作環(huán)境是否設(shè)置正確，我們使用了以下命令：

@ echo $PETALINUX

如果環(huán)境設(shè)置正確，將顯示PetaLinux的安裝路徑。在本案例中，PetaLinux的安裝路徑是 /opt/PetaLinux-v12.12-final。

圖1：用于用戶設(shè)置的Linux終端窗口截屏

接下來的工作是安裝BSP，其中包含必要的設(shè)計(jì)文件、配置文件和預(yù)構(gòu)建軟硬件包。這些軟硬件包已經(jīng)通過測試，可隨時下載到目標(biāo)板上。另外軟件包還可用于在快速仿真器（QEMU）系統(tǒng)仿真環(huán)境下的引導(dǎo)。為了安裝BSP，我們在path /opt中創(chuàng)建了一個名為“bsp”的文件夾，并使用下列命令復(fù)制了KC705 BSP的ZIP文件：

@ cd  /opt/PetaLinux-v12.12-final-full

@    source  settings.sh

@    source /opt/Xilinx/14.4/ISE _DS/settings32.sh

@    PetaLinux-install-bsp /bsp/Xilinx-KC705

 -v12.12- final.bsp

構(gòu)建為新平臺定制的PetaLinux系統(tǒng)，有兩種創(chuàng)建和配置軟件平臺的方法。一種方法是使用Linux終端，在PetaLinux命令對應(yīng)的路徑位置使用PetaLinux命令，如圖1所示。第二種方法是通過下拉菜單使用GUI，如圖2所示。您可使用其中任何一種方法來選擇平臺，配置Linux內(nèi)核，配置用戶應(yīng)用和構(gòu)建鏡像。在操作系統(tǒng)安裝完成后，就可使用PetaLinux控制臺。而使用GUI則需要完成PetaLinux SDK插件的安裝。完成該插件的安裝后，就可使用PetaLinux Eclipse SDK中提供的PetaLinux GUI設(shè)置各種配置（圖2）。該GUI具有各種特性，如用戶應(yīng)用和庫開發(fā)，以及PetaLinux及硬件平臺的調(diào)試、構(gòu)建和配置等。

圖2：用于用戶設(shè)置的PetaLinux SDK菜單截屏

硬件構(gòu)建

我們?yōu)轫?xiàng)目使用了基于Kintex-7 FPGA的KC705評估板。設(shè)計(jì)需要的硬件接口有用于監(jiān)控輸出的RS232接口、用于編程FPGA的JTAG接口以及用于遠(yuǎn)程編程的以太網(wǎng)接口。除了PetaLinux SDK，所推薦設(shè)計(jì)需要的其它軟件還包括Xil-inx Platform Studio (XPS) [6,7] 和賽靈思軟件開發(fā)套件（SDK）[7]。

在該嵌入式設(shè)計(jì)的硬件部分，我們的第一項(xiàng)任務(wù)就是使用XPS中的基本系統(tǒng)構(gòu)建器（BSB）設(shè)計(jì)基于MicroBlaze處理器的硬件平臺。BSB允許選擇目標(biāo)板上提供的一系列外設(shè)。您還可根據(jù)應(yīng)用需求添加或刪除外設(shè)。我們所推薦應(yīng)用采用的內(nèi)核或外設(shè)集包括帶8Mb存儲器的外部存儲器控制器、在中斷情況下啟用的定時器、波特率為115,200Bps的RS232 UART、以太網(wǎng)、非易失性存儲器以及LED。完成選擇后，我們就獲得了硬件外設(shè)及其總線接口（圖3）。對于基于MicroBlaze處理器的設(shè)計(jì)，PetaLinux需要支持MMU的CPU。因此我們在XPS窗口中雙擊MicroBlaze_0實(shí)例，選擇了帶MMU的低端Linux。

圖3：FPGA的硬件配置

此時硬件設(shè)計(jì)已完成?，F(xiàn)在可以使用第一階段引導(dǎo)載入程序引導(dǎo)該內(nèi)核。

接下來，我們使用三步轉(zhuǎn)換流程將硬件配置轉(zhuǎn)換為比特流。首先，我們使用XPS生成了代表嵌入式硬件平臺的網(wǎng)表。隨后，我們將設(shè)計(jì)映射到FPGA邏輯中。最后我們將實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為能夠下載到FPGA上的比特流。XPS的最終輸出是system.bit和sys-tem_bd.bmm文件。

生成比特流后，我們將硬件平臺描述導(dǎo)出到SDK，以便在SDK中觀察目標(biāo)硬件平臺。導(dǎo)出的系統(tǒng)xml文件包含SDK編寫應(yīng)用軟件并在目標(biāo)硬件平臺上對其進(jìn)行調(diào)試所需的信息。我們的下一項(xiàng)任務(wù)是使用Xilinx Tools → Repository → New 在SDK中添加一個PetaLinux庫，然后選擇PetaLinux的安裝路徑。在本實(shí)例中，該路徑為$PetaLinux/Hardware/edk_user_repository。

接下來，我們使用File → Board support package → PetaLinux創(chuàng)建了PetaLinux BSP。我們根據(jù)所需的應(yīng)用選擇必要的驅(qū)動程序，配置了PetaLinux BSP。隨后我們通過構(gòu)建BSP并創(chuàng)建和配置第一階段的引導(dǎo)載入程序應(yīng)用（fs-boot），引導(dǎo)了內(nèi)核。該BSP可建立硬件和引導(dǎo)應(yīng)用之間的交互。SDK的輸出為fs-boot.elf。可使用數(shù)據(jù)到存儲器轉(zhuǎn)換器命令data2mem將system.bit、system_bd.bmm和fs-boot.elf 合并為一個名為download.bit的統(tǒng)一比特流文件，用作最終的FPGA比特流。

此時硬件設(shè)計(jì)已完成，其它方面還包括一個MicroBlaze內(nèi)核和運(yùn)行其上的PetaLinux操作系統(tǒng)。現(xiàn)在我們可以使用第一階段的引導(dǎo)載入程序引導(dǎo)內(nèi)核。

構(gòu)建軟件

完成硬件平臺的構(gòu)建后，我們使用下列命令創(chuàng)建了針對硬件的定制PetaLinux軟件平臺：

$ cd/opt/PetaLinuxv12.12

$ PetaLinux-new-platform –c <CPU-ARCH> –v <VENDOR> –p <PLATFORM>

其中–c <cpu-arch>為支持的CPU類型（這里是MicroBlaze處理器）、–v <vendor>為廠商名稱（這里是賽靈思），而–p <platform>則為產(chǎn)品名稱（這里是KC705）。軟件平臺的配置文件在安裝PetaLinux的目錄下生成，即/opt/PetaLi-nuxv12.12/software/ PetaLinux-dist/vendors/Xilinx/ KC705。

圖4：內(nèi)核配置菜單

為定制與硬件匹配的軟件平臺模板，我們使用PetaLinux-copy-autoconfig命令將現(xiàn)有平臺配置與內(nèi)核配置進(jìn)行了合并。該命令可生成硬件配置文件Xilinx-KC705.dts、xparame-ters.h 和 config.mk。

我們使用GUI（PetaLinux SDK → Kernel Configuration）打開內(nèi)核配置菜單，配置了Linux內(nèi)核。此外，您也可以在Linux終端上使用下列命令完成該工作：

$ cd /opt/PetaLinux_v12.12 $ PetaLinux-config-kernel

我們在內(nèi)核配置彈出窗口中啟用該應(yīng)用的驅(qū)動程序（如圖4所示）。為通過用戶空間輸入/輸出（UIO）接口訪問設(shè)備，完成所提出的工作，我們在內(nèi)核配置菜單中啟用了UIO驅(qū)動程序。

內(nèi)核配置完成后，我們設(shè)計(jì)了一些應(yīng)用。PetaLinux可提供用于C語言和C++編程的用戶應(yīng)用模板[8]。這些模板包括應(yīng)用源代碼和Makefile文件，方便為目標(biāo)芯片配置和編譯應(yīng)用并將其安裝在根文件系統(tǒng)中。創(chuàng)建新的PetaLinux用戶應(yīng)用，既可使用GUI（File → PetaLinux New Application），也可在Linux終端上輸入下列命令：

$ cd /opt/PetaLinux_v12.12 $ PetaLinux-config-apps

隨后我們?yōu)樵撚脩魬?yīng)用起了個文件名。在本實(shí)例中，我們創(chuàng)建了gpio-dev-mem-test和gpio-uio-test用戶應(yīng)用，并根據(jù)應(yīng)用要求修改了模板源代碼。

接下來我們使用GUI構(gòu)建了PetaLinux系統(tǒng)映像（如圖2所示）。此外，您還可以在Linux終端上使用make命令完成該任務(wù)，如下圖所示：

$ cd $PETALINUX/software/ PetaLinux-dist $ make

支持操作系統(tǒng)（OS）和定制用戶應(yīng)用的軟件平臺以及我們前文討論過的硬件設(shè)計(jì)現(xiàn)已可供使用。

測試運(yùn)行在設(shè)備上的PetaLinux

下面介紹PetaLinux的引導(dǎo)方式。MicroBlaze處理器可處理駐留在Block RAM中的代碼。第一階段的引導(dǎo)載入程序（fs-boot）將初始化基本硬件、執(zhí)行fs-boot.elf、搜索通用引導(dǎo)載入程序或U-Boot、在閃存分區(qū)中進(jìn)行尋址（因?yàn)閁-Boot的地址已在配置fs-boot時設(shè)定）。隨后，fs-boot將從閃存中的U-Boot分區(qū)中獲取U-Boot映像，將其發(fā)送到設(shè)備的DDR3存儲器并運(yùn)行內(nèi)核。一旦構(gòu)建好所有引導(dǎo)所需的映像后，您就可以通過JTAG、以太網(wǎng)或快速仿真器在硬件上測試這些映像了。QEMU是一種仿真器和虛擬機(jī)，允許您運(yùn)行PetaLinux操作系統(tǒng)[9]。下面討論所有這三種解決方案的引導(dǎo)方法。

JTAG是編程和測試FPGA設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法。為使用JTAG對FPGA進(jìn)行編程，我們使用了下拉菜單“Xilinx Tool → Program the FPGA”并下載了之前生成的download.bit文件。隨后我們使用GUI（PetaLinux SDK → BOOT JTAG [Li-nux]）將映像下載到了電路板上，如圖2所示。您也可以在Linux終端上使用下列命令：

$ cd/opt/PetaLinux _v12.12/software/ PetaLinux-dist

$  PetaLinux-jtag-boot -i  images/image.elf

此外，您還可使用U-Boot執(zhí)行間接內(nèi)核引導(dǎo)，從而引導(dǎo)PetaLinux。系統(tǒng)首先使用GUI（PetaLinux SDK → BOOT JTAG [U-Boot]）或以下命令通過JTAG接口下載U-Boot來進(jìn)行引導(dǎo)。

$ cd $PETALINUX/software/ PetaLinux-dist

$  PetaLinux-jtag-boot -i images/u -boot.elf

圖6是U-Boot控制臺的快照。

值得注意的是，F(xiàn)PGA電路板連接的是以太網(wǎng)接口。您必須在XPS的硬件資源部分選擇以太網(wǎng)接口。一旦U-Boot引導(dǎo)成功，就要檢查服務(wù)器和主機(jī)的IP地址是否相同。如果IP地址不同，請?jiān)赨-Boot終端上使用下列命令設(shè)置主機(jī)IP。

u-boot>print serverip // prints 192.168.25.45(server ip)

u-boot>print ipaddr // prints IP address

of the board as // 192.168.25.68

u-boot>set serverip <HOST IP> // Host IP 192.168.25.68

u-boot>set serverip 192.168.25.68192.168.25.68

現(xiàn)在服務(wù)器（PC）和主機(jī)（KC705電路板）具有相同的IP地址。請通過服務(wù)器運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)命令，下載PetaLinux映像和引導(dǎo)程序：

u-boot> run netboot

運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)命令后，您應(yīng)該能夠看到PetaLinux控制臺，如圖5所示。

圖5：確認(rèn)操作系統(tǒng)引導(dǎo)成功的PetaLinux控制臺快照

圖6：通過通用引導(dǎo)載入程序（U-Boot）進(jìn)行的間接內(nèi)核引導(dǎo)

最后您可使用GUI（PetaLinux SDK → BOOT QEMU [Linux]）或以下命令執(zhí)行內(nèi)核引導(dǎo)，這也很重要。

$ cd $ PETALINUX/software/ PetaLinux-dist $ PetaLinux-qemu-boot -i images/image.elf

使用這種快速方法，我們將看到圖7所示信息。

圖7：通過QEMU運(yùn)行PetaLinux 

測試運(yùn)行在設(shè)計(jì)上的應(yīng)用

完成PetaLinux引導(dǎo)的測試后，接下來就是測試專為PetaLinux設(shè)計(jì)的用戶應(yīng)用。MicroBlaze處理器將Kintex-7 FPGA電路板上的硬件外設(shè)視為一組存儲寄存器。每個寄存器都有自己的基址和結(jié)束地址。要訪問一個外設(shè)，用戶必須知道它的基址和結(jié)束地址。您可以在設(shè)備樹源（*.dts）文件中找到有關(guān)地址的詳細(xì)信息。就本設(shè)計(jì)而言，我們開發(fā)并測試了四款應(yīng)用，分別是訪問DDR3、使用/dev/mem訪問GPIO、使用UIO訪問GPIO和文件傳輸。

1. 訪問DDR3

我們使用名為DDR3-test.c的PetaLinux應(yīng)用訪問DDR3存儲器。該應(yīng)用經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，可向DDR存儲器位置寫入數(shù)據(jù)并從這里讀取數(shù)據(jù)。DDR3是雙列直插式存儲器模塊，可提供用于存儲用戶代碼和數(shù)據(jù)的SDRAM。如上文所述，用戶需要知道DDR存儲器的開始地址和結(jié)束地址，分別是0xC0000000和0xC7FFFFFF。存儲器的容量為512兆字節(jié)。Linux內(nèi)核駐留在DDR存儲器的初始存儲器位置。因此需要選擇DDR3存儲器的寫入位置，以避免破壞Linux內(nèi)核。我們使用以下命令向DDR3存儲器寫入數(shù)據(jù)：

#DDR3-test –g 0xc7000000 –o 15

其中DDR3-test是應(yīng)用名稱、-g是DDR3存儲器的物理地址、-o是輸出、15是準(zhǔn)備在0xc7000000位置寫入DDR3存儲器的值。為測試該值是否能寫入預(yù)計(jì)的位置，我們使用以下命令從DDR3存儲器讀取數(shù)據(jù)：

#DDR3-test –g 0xc7000000 –i

值15顯示在終端上，這說明DDR3存儲器讀寫操作正在成功進(jìn)行。

該應(yīng)用旨在控制8位離散輸出，可通過將板載LED連接至GPIO進(jìn)行測試。

2. 使用/dev/mem訪問GPIO

對于接下來的應(yīng)用測試，我們使用名為gpio-dev-mem-test.c的PetaLinux應(yīng)用訪問了通用I/O（GPIO）。該應(yīng)用的設(shè)計(jì)目的是控制8位離散輸出并通過將板載LED連接至GPIO來測試該輸出。要從用戶空間訪問任何設(shè)備，就要先打開/dev/mem，然后使用mmap()將設(shè)備映射至存儲器。我們所使用LED GPIO的開始地址和結(jié)束地址分別是0x40000000 和0x4fffffff。

GPIO外設(shè)具有兩個寄存器：數(shù)據(jù)寄存器（GPIO_DATA）和方向寄存器（GPIO_TRI_OFFSET）。為了讀取GPIO的狀態(tài)，我們將方向位設(shè)置為1（即GPIO_TRI_OFFSET=1）并且從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)。為了將數(shù)據(jù)寫入到GPIO，我們設(shè)置方向位為0并寫入值到數(shù)據(jù)寄存器。在PetaLinux終端上使用下列命令將數(shù)據(jù)寫入到GPIO：

#gpio-dev-mem-test –g 0x40000000 –o 255

其中g(shù)pio-dev-mem-test為應(yīng)用名稱，-g為GPIO物理地址，-o為輸出，255為從GPIO（連接到LED）發(fā)送的值。LED按編寫的程序點(diǎn)亮?xí)r，測試的結(jié)果就得到了驗(yàn)證。

3. 使用UIO訪問GPIO

訪問GPIO的另一個途徑是通過用戶空間輸入/輸出。我們通過UIO，使用名為gpio-uio-test.c的PetaLinux應(yīng)用訪問了GPIO。該應(yīng)用旨在控制8位離散輸出，可通過將板載LED連接至GPIO進(jìn)行測試。UIO設(shè)備在文件系統(tǒng)中表現(xiàn)為/dev/uioX。為通過UIO訪問GPIO，我們打開了/dev/uioX或sys/class/ui0，然后使用了mmap()調(diào)用。我們配置了內(nèi)核使之支持UIO，并在內(nèi)核中啟用了UIO框架。隨后我們使用名為“Compatibility”的參數(shù)，根據(jù)UIO設(shè)備（而非標(biāo)準(zhǔn)GPIO設(shè)備）對LED的GPIO控制方式進(jìn)行了設(shè)置。此外，我們還將設(shè)備的標(biāo)簽從 gpio@40000000修改成了leds@40000000。