《DFZU2EG_4EV MPSoC开发板之嵌入式Linux 驱动开发指南》第十三章 Linux内核移植

正点原子运营

第十三章 Linux内核移植

1）实验平台：正点原子 DFZU2EG_4EV MPSoC开发板

2) 章节摘自【正点原子】DFZU2EG_4EV MPSoC开发板之嵌入式Linux 驱动开发指南 V1.0

3）购买链接:https://detail.tmall.com/item.htm?id=692450874670

4）全套实验源码+手册+视频下载地址：http://www.openedv.com/docs/boards/fpga/zdyz-MPSOC.html

5）正点原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890

6）Linux技术交流QQ群:887820935

前面章节我们简单了解了一下Linux内核顶层Makefile和Linux内核的启动流程，本章我们就来学习一下如何将Xilinx官方提供的Linux内核移植到正点原子的MPSoc开发板上。需要说明的是当我们使用Petalinux工具的时候是不需要移植内核的，因为Petalinux工具可以根据硬件描述文件xsa使能相应配置。本章讲解内核移植（更准确的说是内核适配）是为了了解一般情况下（不使用Petalinux）的内核移植过程。通过本章的学习，我们将掌握如何将半导体厂商提供的Linux BSP包移植到我们自己的平台上。

1.1 Linux内核获取

关于Linux的起源以及发展历史，网上相关的介绍太多了，这里不作过多介绍。Linux由Linux基金会管理与发布，Linux官网为https://www.kernel.org，所以你想获取最新的Linux版本就可以在这个网站上下载，网站界面如下图所示：                     

图 13.1.1 linux官网

从上图可以看出最新的稳定版Linux已经到了5.17.9，大家没必要追新，因为4.x版本的Linux和5.x版本没有本质上的区别，5.x更多的是加入了一些新的平台、新的外设驱动而已。

Xilinx会从https://www.kernel.org下载某个版本的Linux内核，然后将其移植到自己的芯片平台上，测试成功以后就会将其开放给Xilinx的芯片平台开发者。开发者下载Xilinx提供的Linux内核，然后将其移植到自己的产品上。后面的移植我们使用Xilinx提供的Linux源码，Xilinx提供的Linux内核源码发布在https://github.com/Xilinx/linux-xlnx，可以clone或下载，注意要与Petalinux版本一致，否则会出现一些问题，我们使用的是2019.2版本的Petalinux，所以选择的linux内核源码要带2019.2（Tags带2019.2）。不过我们不从上面的github网站下载，因为在6.3.5节配置Linux内核时，Petalinux工具就已经生成了linux内核源码，如下图所示，所以没有必要从github网站下载。

图 13.1.2 Xilinxlinux内核源码

后面的linux内核移植和驱动开发都需要使用该源码，为了方便访问和备份（版本管理），我们将Petalinux生成的linux内核源码拷贝到12.1.1节建立的git.d文件夹下，如下图所示：

图 13.1.3拷贝linux内核源码到git.d目录

1.2 Petalinux使用外部linux内核源码

上一节我们将Petalinux生成的内核源码移动到~/git.d/linux-xlnx目录（绝对路径/home/shang/git.d/linux-xlnx），以后我们在该内核源码上移植修改、添加驱动等，Petalinux工程都无法使用该内核源码了，如何让Petalinux能访问使用呢？

方法如下：

1. 进入到Petalinux工程目录下，设置好Petalinux工作环境后，输入“petalinux-config”命令配置Petalinux工程。

设置Linux Components Selection --->linux-kernel (linux-xlnx) --->为“ext-local-src”，如下图所示：

图 13.2.1配置linux-kernel

该配置项将linux来源配置为外部的本地源。设置好后按回车键返回。设置External linux-kernel local source settings ---> External linux-kernellocal source path (NEW)为“/home/shang/git.d/linux-xlnx”，也就是当前内核源码存放的目录，结果如下图所示：

图 13.2.2配置External linux-kernel local sourcepath

保存配置并退出，现在该Petalinux工程就可以访问和使用/home/ shang /git.d/linux-xlnx中的内核源码了。

需要注意的一点是在Petalinux工程配置linux内核和编译时需要先清理/home/ shang /git.d/linux-xlnx中的内核（命令 make distclean），否则配置和编译会报错（12.2节外部uboot源码也要清理）。

1.3 Linux内核编译初次编译

我们在13.1小节中将Petalinux生成的linux内核源码放到了git.d文件夹下。现在进入到该内核源码目录处，查看内核目录结构，命令如下：

1. cd ~/git.d/linux-xlnx/
   
2. ls

复制代码

可以看到Linux源码根目录如下图所示：

图 13.3.1 Linux内核源码根目录

其中oe-logs和oe-workdir是Petalinux工具生成的链接目录，不是linux内核的源码目录。

现在我们讲解一下如何编译出对应的Linux镜像文件。新建名为“zynqmp.sh”的shell脚本，然后在这个shell脚本里面输入如下所示内容：

1. 示例代码 zynqmp.sh文件内容
   
2.   #!/bin/sh
   
3.   make distclean
   
4.   make xilinx_zynqmp_defconfig
   
5.   unset PKG_CONFIG_PATH
   
6. make menuconfig
   
7.   make -j8

复制代码

第2行，执行“make distclean”，清理工程，所以zynqmp.sh每次都会清理一下工程。如果通过图形界面配置了Linux，但是还没保存新的配置文件，那么就要慎重使用zynqmp.sh编译脚本了，因为它会把你的配置信息都删除掉。

第3行，执行“make xxx_defconfig”，配置工程。该配置文件在/home/shang/git.d/linux-xlnx/arch/arm64/configs路径下。

第4行，执行“unset PKG_CONFIG_PATH”，取消环境变量PKG_CONFIG_PATH。打开图形配置界面需要先取消该环境变量，否则有问题。

第5行，执行“make menuconfig”，打开图形配置界面，对Linux进行配置，如果不想每次编译都打开图形配置界面的话可以将这一行删除掉。

第6行，执行“make”，编译Linux源码。如果读者ubuntu虚拟机使用的是多核处理器，可以在make命令后加参数“-jn”来加快编译，其中n表示处理器核数，笔者虚拟机是8核，所以这里参数为“-j8”。

可以看出，Linux的编译过程基本和uboot一样，都要先执行“make xxx_defconfig”来配置一下，然后再执行“make”进行编译。如果需要使用图形界面配置的话就执行“make menuconfig”。

使用chmod给予zynqmp.sh可执行权限，然后运行此shell脚本，命令如下：

1. chmod 777 zynqmp.sh
   
2. ./zynqmp.sh

复制代码

编译的时候会弹出Linux图形配置界面，如下图所示：

图 13.3.2 Linux图形配置界面

Linux的图行界面配置和uboot是一样的，这里我们不需要做任何的配置，直接按两下ESC键退出，退出图形界面以后会自动开始编译Linux。等待编译完成，完成以后如下图所示：

图 13.3.3 Linux编译完成

编译完成以后就会在arch/arm64/boot这个目录下生成一个叫做Image的文件，如下图所示：

图 13.3.4 Linux内核镜像文件

Image就是我们要用的Linux内核镜像文件。Image.gz文件是Image文件的压缩文件，可以用uboot的bootz命令启动，不过Xilinx不用该文件。

另外也会在arch/arm64/boot/dts/xilinx下生成很多.dtb文件，这些.dtb就是设备树文件，比如zynqmp-zcu102-rev1.0.dtb文件就是xilinx zcu102开发板对应的设备树文件。

1.4 Linux内核源码工程目录分析

我们在13.1节获取的linux内核源码目录如下图所示：

图 13.4.1未编译的Linux内核源码目录

上图是petalinux生成的未编译的Linux源码目录文件，我们在分析Linux之前一定要先在Ubuntu中编译一下Linux，因为编译过程会生成一些文件，而生成的这些恰恰是分析Linux不可或缺的文件。编译后的Linux目录如下图所示：

图 13.4.2编译后的Linux目录

上图中重要的文件夹或文件的含义如下表所示：

表 13.4.1 Linux目录

上表中的很多文件夹和文件我们都不需要去关心，我们要关注的文件夹或文件如下：

1、arch目录

这个目录是和架构有关的目录，比如arm、arm64、avr32、x86等等架构。每种架构都对应一个目录，在这些目录中又有很多子目录，比如boot、common、configs等等，以arch/arm64为例，其子目录如下图所示：

图 13.4.3 arch/arm子目录

上图是arch/arm64的子目录，这些子目录用于控制系统引导、系统调用、动态调频、主频设置等。arch/arm64/configs目录是不同平台的默认配置文件：xxx_defconfig，如下图所示：

图 13.4.4配置文件

可以看到，总共有3个defconfig文件，其中两个以xilinx开头的都是用于Xilinx厂商soc系列的配置文件。xilinx_zynqmp_defconfig属于ZynqUltraScale+ MPSoC系列平台的通用默认配置文件，xilinx_versal_defconfig应该属于Versal系列平台的通用默认配置文件。执行“make xilinx_zynqmp_defconfig”即可完成配置。

arch/arm64/boot/dts/xilinx/目录里面是对应开发平台的设备树文件，xilinx zcu102开发板对应的设备树文件如下图所示：

图 13.4.5正点原子DFZU2EG_4EV MPSoC开发板对应的设备树

其中zynqmp-zcu102-rev1.0.dts为zcu102开发板1.0版本的设备树文件，编译后的设备树镜像文件为zynqmp-zcu102-rev1.0.dtb。

arch/arm64/boot目录中有编译出来的Image镜像文件，而Image就是我们要用的linux镜像文件。

arch/arm/mach-xxx目录分别为相应平台的驱动和初始化文件，比如mach-zynq目录里面就是ZYNQ 系列CPU的驱动和初始化文件。

2、block目录

block是Linux下块设备目录，像SD卡、eMMC、NAND、硬盘等存储设备就属于块设备，block目录中存放着管理块设备的相关文件。

3、crypto目录

crypto目录里面存放着加密文件，比如常见的crc、crc32、md4、md5、hash等加密算法。

4、Documentation目录

此目录里面存放着Linux相关的文档，如果要想了解Linux某个功能模块或驱动架构的功能，就可以在Documentation目录中查找有没有对应的文档。

5、drivers目录

设备驱动程序目录，此目录根据驱动类型的不同，分门别类进行整理，比如drivers/i2c就是I2C相关驱动目录，drivers/gpio就是GPIO相关的驱动目录，这是我们学习的重点。

6、firmware目录

此目录用于存放固件。

7、fs目录

此目录存放文件系统相关代码，比如fs/ext2、fs/ext4、fs/f2fs等，分别是ext2、ext4和f2fs等文件系统。

8、include目录

头文件目录。与系统相关的头文件被放置在内核 include/linux子目录下。

9、init目录

此目录存放Linux内核启动的时候初始化代码。

10、ipc目录

IPC为进程间通信，ipc目录是进程间通信的具体实现代码。

11、kernel目录

Linux内核代码。与平台相关的部分代码放在arch/*/kernel目录下，其中*代表各种处理器平台

12、lib目录

lib是库的意思，lib目录都是一些公用的库函数。

13、mm目录

此目录存放与平台无关的内存管理代码，与平台相关的内存管理代码放在arch/*/mm目录下。

14、net目录

此目录存放网络相关代码。

15、samples目录

此目录存放一些示例代码文件。

16、scripts目录

脚本目录，Linux编译的时候会用到很多脚本文件，这些脚本文件就保存在此目录中。

17、security目录

此目录存放安全相关的文件。

18、sound目录

此目录存放音频相关驱动文件，音频驱动文件并没有存放到drivers目录中，而是单独的目录。

19、tools目录

此目录存放一些编译的时候使用到的工具。

20、usr目录

此目录存放与initramfs有关的代码。

21、virt目录

此目录存放虚拟机相关文件。

22、.config文件

根uboot一样，.config保存着Linux最终的配置信息，编译Linux的时候会读取此文件中的配置信息。最终根据配置信息来选择编译Linux哪些模块，哪些功能。

23、Kbuild文件

有些Makefile会读取此文件。

24、Kconfig文件

图形化配置界面的配置文件。

25、Makefile文件

Linux顶层Makefile文件，建议好好阅读一下此文件。

26、README文件

此文件详细讲解了如何编译Linux源码，以及Linux源码的目录信息，建议仔细阅读一下此文件。

1.5 移植准备工作

从本小节开始，我们对官方linux内核进行移植，使其能在正点原子MPSoC开发板上启动并正常工作。

进入到13.1节创建的linux内核源码目录~/git.d/linux-xlnx，输入如下命令清理linux内核源码：

1. make distclean

复制代码

初次移植不知道该添加哪些文件的时候，最好的方法就是看看别的开发板是怎么添加的，我们以Xilinx的ZCU102开发板为例，看看内核源码中有哪些文件或文件夹与ZCU102开发板有关。

输入如下命令，根据文件名称或文件夹名称，查找与ZCU102开发板有关的文件或文件夹：

1. find . -name "*zcu102*"

复制代码

结果如下图所示：

图 13.5.1查找相关的文件或文件夹

然后搜索内容中带有zcu102字样的文件，命令如下：

1. grep -irn --exclude-dir=.git "zcu102"

复制代码

结果如下图所示：

图 13.5.2带zcu102字样的文件

由于Documentation文件夹是说明文档，不编译进内核，剩下的就是arch/arm64/boot/dts/xilinx目录下的Makefile和设备树dts文件了。

下面开始移植。

1.6 移植步骤
1.6.1 添加开发板默认配置文件

编译内核之前需要先配置内核，配置内核用的文件为开发板的默认内核配置文件。开发板的默认内核配置文件在内核源码的arch/<ARCH>/configs目录下，ARCH对应开发板使用的芯片架构，对于我们使用的MPSoC开发板而言，ARCH为arm64。在添加之前先看下arch/arm64/configs目录下arm64架构不同平台的默认配置文件，如下图所示：

图 13.6.1默认配置文件

可以看到，总共有3个defconfig文件，其中两个以xilinx开头的都是用于Xilinx厂商soc系列的配置文件。前面说过，xilinx_zynqmp_defconfig是用于Zynq UltraScale+ MPSoc系列平台的通用默认配置文件，为了保持一致，我们依旧使用xilinx_zynqmp_defconfig作为开发板的默认配置文件。不过呢，我们还是可以修改xilinx_zynqmp_defconfig的。要想修改配置文件，首先得知道配置项的含义，如果直接打开xilinx_zynqmp_defconfig文件来修改的话，移除配置项到还可以，添加的话，就无从谈起了，所以我们得在图形配置界面修改配置项。此处我们就不修改了，保持默认的配置即可。

可以使用如下命令来配置正点原子MPSoC开发板对应的linux内核：

1. make xilinx_zynqmp_defconfig

复制代码

1.6.2 添加开发板对应的设备树文件

Linux支持设备树，每个开发板都有对应的设备树文件。Xilinx的Zynq UltraScale+ MPSoc系列芯片的所有设备树文件都存放在arch/arm64/boot/dts/xilinx目录下，如下图所示：

图 13.6.2 ZynqUltraScale+ MPSoc系列芯片的所有设备树文件

其中zynqmp.dtsi、zynqmp-clk.dtsi和zynqmp-clk-ccf.dtsi设备树文件是Zynq UltraScale+ MPSoc系列芯片通用的基础设备树文件，我们在12.4.4小节有介绍。Makefile用于设置哪些设备树文件将被编译，其内容如下图所示：

图 13.6.3默认编译的设备树

当编译linux内核源码时，这些设备树文件也会默认编译，如果不想编译其中的某些设备树文件，可以删除或注释相应行。

不同的开发板有不同的设备树文件，我们自己的开发板当然得用我们自己的设备树文件。设备树文件从哪来，可以参考其他开发板的设备树文件，然后与自己的开发板对比，手动编写，不过这样做工作量太大，没什么意义，除非迫不得已，否则不推荐这种方法。最简便直接的方法是用Petalinux工具生成的设备树文件。Petalinux工具会根据我们提供的开发板xsa文件自动生成相应的设备树文件，生成的设备树文件在Petalinux工程（第六章Petalinux设计流程实战章节建立的Petalinux工程）的components/plnx_workspace/device-tree/device-tree目录下，如下图所示：

图 13.6.4 Petalinux生成的设备树文件

后缀为dtsi和dts的都是设备树文件，这些设备树文件都是Petalinux根据xsa自动生成的。关于这些设备树文件的含义在前面移植uboot的时候已经讲解过了。

要想在linux内核源码中添加开发板的设备树文件，可以将system-top.dts文件及其依赖文件添加到linux内核源码中。打开system-top.dts文件，其内容如下图所示：

图 13.6.5 system-top.dts文件的内容

可以看到总共include五个设备树文件，其中zynqmp.dtsi和zynqmp-clk-ccf.dtsi是通用文件，不用添加，剩下的pcw.dtsi、pl.dtsi和system-user.dtsi需要添加。

进入到第六章创建的Petalinux工程的components/plnx_workspace/device-tree/device-tree目录下，然后输入如下命令将设备树文件复制到linux内核源码相应目录：

1. cp pcw.dtsi pl.dtsi~/git.d/linux-xlnx/arch/arm64/boot/dts/xilinx/
   
2. cp system-top.dts ~/git.d/linux-xlnx/arch/arm64/boot/dts/xilinx/

复制代码

其中system-top.dts设备树文件是我们开发板的默认设备树文件。

然后切换到project-spec/meta-user/recipes-bsp/device-tree/files/目录下，将设备树文件system-user.dtsi复制到linux内核源码相应目录：

1. cp system-user.dtsi ~/git.d/linux-xlnx/arch/arm64/boot/dts/xilinx/

复制代码

system-user.dtsi是用户设备树文件。为了方便管理，我们一般配置这个设备树文件添加外设。

复制结果如下图所示：

图 13.6.6向内核源码中添加设备树

添加完开发板的设备树文件后，还需要进行相应的修改才可以使用。

进入到linux内核源码的arch/arm64/boot/dts/xilinx/目录下，编辑system-user.dtsi文件，修改前共有119行，内容如下：

1. 1 /include/ "system-conf.dtsi"
   
2.   2 #include<dt-bindings/gpio/gpio.h>
   
3. 3 #include <dt-bindings/input/input.h>
   
4.   4
   
5.   5 / {
   
6.   6     model = "Alientek Zynq MpSocDevelopment Board";
   
7.   7
   
8.   8     leds {
   
9.   9         compatible = "gpio-leds";
   
10. 10
    
11. 11         gpio-led0 {
    
12. 12             label = "ps_led1";
    
13. 13             gpios = <&gpio 38GPIO_ACTIVE_HIGH>;
    
14. 14             linux,default-trigger ="timer";
    
15. 15         };
    
16. 16
    
17. 17         gpio-led1 {
    
18. 18             label = "ps_led2";
    
19. 19             gpios = <&gpio 39GPIO_ACTIVE_HIGH>;
    
20. 20             default-state = "on";
    
21. 21         };
    
22. 22
    
23. 23         gpio-led2 {
    
24. 24             label = "pl_led1";
    
25. 25            gpios = <&axi_gpio_0 0 0 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
    
26. 26             linux,default-trigger ="timer";
    
27. 27         };
    
28. 28
    
29. 29         gpio-led3 {
    
30. 30            label = "pl_led2";
    
31. 31             gpios = <&axi_gpio_0 1 0GPIO_ACTIVE_HIGH>;
    
32. 32             default-state = "on";
    
33. 33         };
    
34. 34     };
    
35. 35
    
36. 36     keys {
    
37. 37         compatible = "gpio-keys";
    
38.    …
    
39.    …
    
40.    …
    
41. 97 &sdhci1 {
    
42. 98 disable-wp;
    
43. 99 no-1-8-v;
    
44. 100 };
    
45. 101
    
46. 102 &i2c1 {
    
47. 103     clock-frequency = <400000>;
    
48. 104
    
49. 105     eeprom@50 {
    
50. 106         compatible = "24c64";
    
51. 107         reg = <0x50>;
    
52. 108         pagesize = <32>;
    
53. 109     };
    
54. 110 };
    
55. 111
    
56. 112 &dwc3_0 {
    
57. 113     dr_mode = "host";
    
58. 114     maximum-speed = "super-speed";
    
59. 115 };
    
60. 116
    
61. 117 &usb0 {
    
62. 118     dr_mode = "host";
    
63. 119 };

复制代码

修改后的内容如下：

1. 1 #include <dt-bindings/gpio/gpio.h>
   
2.   2#include<dt-bindings/input/input.h>
   
3.   3
   
4.   4 / {
   
5.   5     model = "Alientek Zynq MpSocDevelopment Board";
   
6.   6     compatible = "xlnx,zynqmp-atk","xlnx,zynqmp";
   
7.   7 };
   
8.   8
   
9.   9 &gem3 {
   
10. 10     phy-handle = <&#240;ernet_phy>;
    
11. 11     local-mac-address = [00 0a 35 00 1e 53];
    
12. 12
    
13. 13     ethernet_phy: ethernet-phy@7 {
    
14. 14         reg = <0x7>;
    
15. 15     };
    
16. 16};
    
17. 17
    
18. 18 &gem0 {
    
19. 19     psu_ethernet_0_mdio: mdio {
    
20. 20         #address-cells = <1>;
    
21. 21         #size-cells = <0>;
    
22. 22         phy1:phy@4 {
    
23. 23             reg = <0x4>;   /* YT8521 phy address */
    
24. 24         };
    
25. 25         gmii_to_rgmii_0: gmii_to_rgmii_0@0 {
    
26. 26                        compatible ="xlnx,gmii-to-rgmii-1.0";
    
27. 27                         phy-handle =<&phy1>;
    
28. 28                         reg = <0>;
    
29. 29         };
    
30. 30     };
    
31. 31 };
    
32. 32
    
33. 33 &sdhci0 {
    
34. 34 mmc-hs200-1_8v;
    
35. 35 bus-width =<0x8>;
    
36. 36 non-removable;
    
37. 37 };
    
38. 38
    
39. 39 &sdhci1 {
    
40. 40 disable-wp;
    
41. 41 no-1-8-v;
    
42. 42 };
    
43. 43
    
44. 44 &dwc3_0 {
    
45. 45     dr_mode ="host";
    
46. 46     maximum-speed = "super-speed";
    
47. 47 };
    
48. 48
    
49. 49 &usb0 {
    
50. 50     dr_mode = "host";
    
51. 51 };

复制代码

删除了原文件第一行的“/include/"system-conf.dtsi"”，在第6行添加了“compatible ="xlnx,zynqmp-atk", "xlnx,zynqmp";”。

删除第8行至第64行根节点下leds和keys两个节点，这两个节点在后面驱动章节中用到的时候再添加。

删除第102行至第110行iic节点。

gem3是ps端网口，gem0是pl端网口，sdhci0和sdhci1分别是emmc和sd卡接口，dwc3_0和usb0分别是usb3.0接口和usb2.0接口。上面这6个节点我们保留。

修改完设备树后，还需要在arch/arm64/boot/dts/xilinx目录中的Makefile文件中添加开发板的设备树文件。添加到Makefile中的设备树文件在编译内核的时候会自动编译。

打开arch/arm64/boot/dts/xilinx/Makefile文件，添加行“dtb-$(CONFIG_ARCH_ZYNQMP)+= system-top.dtb”，如下图所示：

图 13.6.7添加设备树文件

可以看到像zc1232、zc1254、zc1751、zcu100、zcu102、zcu104、zcu106、zcu113、zcu1275、zcu1285这些设备树我们没有用到，可以直接删除，删除后的Makefile内容如下图所示：

图 13.6.8修改后的Makefile

这样编译linux内核的时候就可以从system-top.dts编译成system-top.dtb文件了。到此为止，MPSoC开发板就已经添加到linux内核源码中了。

在linux内核源码目录中输入“git status”命令，可以看到移植过程中，我们修改了哪些文件，如下图所示：

图 13.6.9移植过程中修改的文件

如果后面测试的时候只修改设备树文件的话可只重新编译设备树，在linux内核源码根目录下输入如下命令编译设备树：

1. make dtbs

复制代码

命令“make dtbs”只编译设备树文件，也就是将.dts编译为.dtb，编译完成以后就可以使用新的设备树文件。

1.6.3 Linux内核编译与测试

经过前两个小节，我们已经在Linux内核里面添加了正点原子MPSoC开发板的配置，接下接进行编译测试。在终端中输入如下命令配置编译linux内核源码：

1. make distclean
   
2. make xilinx_zynqmp_defconfig
   
3. make -j8

复制代码

第1行，清理工程。

第2行，使用默认配置文件xilinx_zynqmp_defconfig来配置Linux内核。

第3行，编译Linux。参数“-j8”表示处理器使用8核来运行编译，读者可根据自己电脑配置自行设置此参数。

编译完成以后就会在目录arch/arm64/boot下生成Image镜像文件（Image.gz是Image镜像文件的压缩文件），在arch/arm64/boot/dts/xilinx目录下生成system-top.dtb文件，如图 13.6.10和图 13.6.11所示。

图13.6.10生成Image镜像文件

图13.6.11生成system-top.dtb文件

将/tftpboot目录下原有的Image镜像文件删除，重新复制编译生成的Image文件和system-top.dtb文件到/tftpboot目录下，如下图所示：

图 13.6.12复制镜像和设备树文件

拷贝完成以后就可以测试了。将开发板启动模式调为JTAG模式，开发板连接下载器，电脑连接开发板的usb_uart接口，用网线连接PS端网口和电脑，最后连接开发板电源。

开发板硬件连接好后，打开虚拟机，按照图 12.3.4所示将jtag下载器连接到虚拟机内，进入到工程ALIENTEK-ZYNQ路径下，输入“sptl”命令设置环境变量，然后使用“petalinux-boot--jtag --fpga --u-boot”命令下载并启动uboot。同时观察串口终端软件上的打印信息，注意在倒计时结束前按回车键进入uboot模式，如下图所示：

图 13.6.13进入uboot模式

进入uboot模式后输入如下命令设置网络环境变量：

1. setenv ipaddr 192.168.2.22
   
2. setenv ethaddr 00:0a:35:00:1e:53
   
3. setenv gatewayip 192.168.2.1
   
4. setenv netmask 255.255.255.0
   
5. setenv serverip 192.168.2.21

复制代码

然后输入如下命令将Image和system-top.dtb下载到开发板并启动：

1. tftpboot 0x200000 Image
   
2. tftpboot 0x100000 system-top.dtb
   
3. booti 0x200000 - 0x100000

复制代码

结果如下图所示：

图 13.6.14 uboot模式下启动linux内核

出现上图所示内容就表示Linux内核启动成功，说明我们已经在Xilinx提供的Linux内核源码中成功添加了正点原子MPSoC开发板。

1.7 根文件系统缺失错误

在上一小节打印信息的最后，出现如下图所示的信息：

图 13.7.1根文件系统缺失错误

在上图中最后会有下面这一行：

1. end Kernel panic - notsyncing: VFS: Unable to mount root fs on unknown-block(0,0)

复制代码

也就是提示内核崩溃，因为根文件系统目录不存在，VFS(虚拟文件系统)不能挂载根文件系统。即使根文件系统目录存在，如果根文件系统目录里面是空的依旧会提示内核崩溃。这个就是根文件系统缺失导致的内核崩溃。但是内核是启动了的，只是根文件系统不存在而已。

1.8 image.ub的来源

从前面章节中我们知道，编译linux内核后得到的是Image镜像文件和dtb设备树文件，而我们在前面uboot移植章节使用uboot启动linux的时候使用的是image.ub镜像文件，那么image.ub文件是怎么产生的呢，它和Image文件、设备树文件有什么关系？是否一定需要image.ub文件才能启动内核呢？

在12.6节uboot启动Linux测试中我们使用了image.ub文件，在13.6.3节Linux内核编译与测试中，我们使用Image和设备树文件启动linux，结果是都可以正常启动linux，说明启动linux内核并不一定需要image.ub文件，而且从中我们也可以得出一个信息，image.ub文件一定是包含Image文件和设备树文件信息的。接下来，我们来探索下image.ub的来源。

既然image.ub文件包含Image文件和设备树文件信息，那么image.ub文件一定是由某个工具打包制作而得到的，常用的镜像制作工具是mkimage。mkimage工具位于u-boot-xlnx/tools目录下，初次使用前，要把mkimage文件复制到系统可执行命令文件夹内（也就是/usr/bin/），如下图所示：

图 13.8.1复制mkimage文件

我们先用mkimage来分析image.ub文件（命令mkimage -l images/linux/image.ub），结果如图 13.8.2所示。从显示的内容来看，image.ub确实是包括linux内核镜像和设备树的，另外从“FITdescription”的信息来看，image.ub文件是U-Boot fitImage。现在我们根据“FIT description”的信息来搜索哪个文件包含该内容，搜索结果如图 13.8.3所示。

图13.8.2 分析image.ub文件

图 13.8.3 搜索结果

可见包含该内容的文件不少。大致的看了一下以上文件，以“.its”结尾的文件是由run.do_assemble_fitimage_initramfs*文件生成的。我们打开build/tmp/work/zynqmp_generic-xilinx-linux/linux-xlnx/5.4+git999-r0/linux-xlnx-5.4+git999/fit-image.its文件，内容如下：

1. /dts-v1/;
   
2. 
   
3. / {
   
4.         description = "U-Boot fitImagefor PetaLinux/5.4+git999/zynqmp-generic";
   
5.         #address-cells = <1>;
   
6. 
   
7.         images {
   
8.                 kernel@1 {
   
9.                         description = "Linuxkernel";
   
10.                         data = /incbin/("linux.bin");
    
11.                         type = "kernel";
    
12.                         arch = "arm64";
    
13.                         os = "linux";
    
14.                         compression = "gzip";
    
15.                         load = <0x80000>;
    
16.                         entry = <0x80000>;
    
17.                         hash@1 {
    
18.                                 algo = "sha256";
    
19.                         };
    
20.                 };
    
21.                 fdt@system-top.dtb {
    
22.                         description = "FlattenedDevice Tree blob";
    
23.                         data = /incbin/("/home/cx/workspace/petalinux/ALIENTEK-ZYNQ/build/tmp/work/zynqmp_generic-xilinx-linux/linux-xlnx/5.4+git999-r0/recipe-sysroot/boot/devicetree/system-top.dtb");
    
24.                         type = "flat_dt";
    
25.                         arch = "arm64";
    
26.                         compression = "none";
    
27.                         
    
28.                         hash@1 {
    
29.                                 algo = "sha256";
    
30.                         };
    
31.                 };
    
32.     };
    
33. 
    
34.         configurations {
    
35.                 default = "conf@system-top.dtb";
    
36.                 conf@system-top.dtb {
    
37.             description = "1Linux kernel, FDT blob";
    
38.             kernel = "kernel@1";
    
39.             fdt = "fdt@system-top.dtb";
    
40.             
    
41.             
    
42.                         hash@1 {
    
43.                                 algo = "sha256";
    
44.                         };
    
45.                 };
    
46.     };
    
47. };

复制代码

可以看出该文件的内容与我们使用“mkimage -l images/linux/image.ub”命令得到的信息基本一致。另外，从该文件内容可以看到镜像的kernel来源于linux.bin，而设备树来源于工程目录下的build/tmp/work/zynqmp_generic-xilinx-linux/linux-xlnx/5.4+git999-r0/recipe-sysroot/boot/devicetree/system-top.dtb。从build/tmp/work/zynqmp_generic-xilinx-linux/linux-xlnx/5.4+git999-r0/temp/run.do_assemble_fitimage.22866是由vmlinux生成的。其实我们也可以用Image来代替linux.bin，下面我们使用Image和zynqmp-atk.dtb生成image.ub。

将build/tmp/work/zynqmp_generic-xilinx-linux/linux-xlnx/5.4+git999-r0/linux-xlnx-5.4+git999/fit-image.its文件复制到linux内核源码根目录下，也就是“~/git.d/linux-xlnx/”目录下，然后修改相应的内容，修改后的fit-image.its文件内容如下：

1. /dts-v1/;
   
2. 
   
3. / {
   
4.         description = "U-BootfitImage for Alientek ZYNQ MPSoc";
   
5.         #address-cells = <1>;
   
6. 
   
7.         images {
   
8.                 kernel-1 {
   
9.                         description = "Linuxkernel";
   
10.                         data = /incbin/("arch/arm64/boot/Image");
    
11.                         type = "kernel";
    
12.                         arch = "arm64";
    
13.                         os = "linux";
    
14.                         compression = "none";
    
15.                         load = <0x80000>;
    
16.                         entry = <0x80000>;
    
17.                         hash-1 {
    
18.                                 algo = "sha256";
    
19.                         };
    
20.                 };
    
21.                 fdt-1 {
    
22.                         description = "FlattenedDevice Tree blob";
    
23.                         data = /incbin/("arch/arm64/boot/dts/xilinx/system-top.dtb");
    
24.                         type = "flat_dt";
    
25.                         arch = "arm64";
    
26.                         compression = "none";
    
27.                         
    
28.                         hash-1 {
    
29.                                 algo = "sha256";
    
30.                         };
    
31.                 };
    
32.         };
    
33. 
    
34.         configurations {
    
35.                 default = "config-1";
    
36.                
    
37.                 config-1 {
    
38.                     description = "1Linux kernel, FDT blob";
    
39.                     kernel = "kernel-1";
    
40.                     fdt = "fdt-1";
    
41.                 };
    
42.         };
    
43. };

复制代码

保存文件内容后，在终端中输入命令“mkimage -f fit-image.its image.ub”，如下图所示：

图 13.8.4 生成image.ub文件

在内核源码根目录下可以找到生成的image.ub文件，如下图所示：

图 13.8.5 生成的image.ub文件

如何验证该文件确实可行呢。如果是通过SD卡启动开发板可以将生成的image.ub文件复制到SD卡中，如果是通过网络启动开发板，可以将其复制到/tftboot目录下，启动开发板测试。经测试，是可以启动内核的，如何启动可以参考错误!未找到引用源。节，启动结果如下图所示：

图 13.8.6 验证结果

至此，我们终于知道了image.ub是怎么来的，怎么生成的了。另外image.ub既然是U-Boot fitImage，那U-Boot fitImage又是什么呢？限于篇幅就不再介绍了，可自行上网搜索，笔者找到一篇不错的介绍，推荐下，链接如下：

http://www.wowotech.net/u-boot/fit_image_overview.html

从该链接可知U-Boot fitImage主要来源于Unify Kernel的思想，其思想如下：

“在编译linux kernel的时候，不必特意的指定具体的架构和SOC，只需要告诉kernel本次编译需要支持哪些板级的platform即可，最终将会生成一个Kernel image，以及多个和具体的板子（哪个架构、哪个SOC、哪个版型）有关的FDT image（dtb文件）。

bootloader在启动的时候，根据硬件环境，加载不同的dtb文件，即可使linux kernel运行在不同的硬件平台上，从而达到unify kernel的目标。”

关于fit更多的介绍和使用方法请参考本章的扩展阅读部分。

1.9 CPU调频策略

1、设置MPSoC开发板的CPU调频策略

我们知道：主频越高，功耗也越高。为了节省CPU的功耗和减少发热，我们有必要根据当前CPU的负载状态，动态地提供刚好足够的主频给CPU。调频或称变频技术应运而生。变频技术作为电源管理技术以节能为目的加入linux内核。我们可以通过配置内核来选择不同的调频策略。

我们来看一下如何通过图形化界面配置Linux内核的CPU调频策略，输入“make menuconfig”打开Linux内核的图形化配置界面，如下图所示：

图 13.9.1 Linux内核图形化配置界面

进入如下路径：

1.     CPU PowerManagement
   
2.          ->CPU Frequency scaling
   
3.            ->Default CPUFreq governor

复制代码

打开默认调频策略选择界面，如下图所示：

图 13.9.2默认调频策略选择

可以看到Linux内核一共有6种调频策略，

①     Performance，最高性能，直接用最高频率，不考虑耗电。

②     Powersave，省电模式，通常以最低频率运行，系统性能会受影响，一般不会用这个。

③     Userspace，可以在用户空间手动调节频率，可以看到这是默认的配置。

④     Ondemand，定时检查负载，然后根据负载来调节频率。负载低的时候降低CPU频率以省电，负载高的时候提高CPU频率，增加性能。

⑤     conservative：保守模式，类似于ondemand，但调整相对较缓。

⑥     schedutil：4.7版本内核新增加的一种调度策略，可以直接使用调度程序提供的信息做出调整cpu频率的决策；也可以调用cpufreq驱动程序更改频率以立即调整CPU的性能，无需生成进程上下文或其他工作项。

我们可以根据实际需求选择合适的调频策略。

关于Linux内核的移植就讲解到这里，简单总结一下移植步骤：

①     在Linux内核中查找可以参考的板子，一般都是半导体厂商自己做的开发板。

②     编译出参考板子对应的Image和.dtb文件。

③     使用参考板子的Image文件和.dtb文件在我们所使用的板子上启动Linux内核，看能否启动。

④     如果能启动的话就万事大吉，如果不能启动就需要调试Linux内核和修改设置树。不过一般都会参考半导体官方的开发板设计自己的硬件，所以大部分情况下都会启动起来。启动Linux内核用到的外设不多，一般就DRAM(Uboot都初始化好的)和串口。

⑤     修改相应的驱动，像USB、eMMC、SD卡等驱动官方的Linux内核都是已经提供好了，基本不会出问题。重点是网络驱动，因为Linux驱动开发一般都要通过网络调试代码，所以一定要确保网络驱动工作正常。如果是处理器内部MAC+外部PHY这种网络方案的话，一般网络驱动都很好处理，因为在Linux内核中是有外部PHY通用驱动的。只要设置好复位引脚、PHY地址信息基本上都可以驱动起来。

⑥   Linux内核启动以后需要根文件系统，如果没有根文件系统的话肯定会崩溃，所以确定Linux内核移植成功以后就要开始根文件系统的构建。