[分享] 领航者ZYNQ移植Ubuntu桌面系统（LCD显示桌面UI）

Alexan

领航者ZYNQ移植Ubuntu桌面系统

我们领航者开发板出厂提供的Linux系统是使用petalinux编译的一个基本的系统，很多Linux社区的优势大家可能体会不到，比如像Ubuntu系统那样直接使用apt命令下载需要的软件包。于是，带有优美桌面环境的Ubuntu系统它来了，我们把它搬上了领航者开发板，大家可以利用apt自由下载软件使用，避免麻烦的软件移植过程；甚至可以使用gcc直接在开发板上编译你的代码，避免在虚拟机中交叉编译；看视频玩游戏自然也不在话下。
    接下来将详细教大家怎么从头开始在领航者开发板上移植Ubuntu系统。（注：本教程跳过了内核镜像等启动文件的构建，如果不会编译镜像请参考正点原子领航者嵌入式Linux开发指南文档）

1.1 制作前准备工作

1）、一款ZYNQ开发板：本次以领航者ZYNQ-7020开发板来演示；

2）、一块正点原子RGB LCD屏幕；

2）、一台运行Ubuntu系统的计算机（或者虚拟机），要能联网；

3）、一张SD卡和一个读卡器；

1.2 制作SD启动卡

参考领航者ZYNQ嵌入式Linux开发指南第六章制作SD启动卡部分，制作一张空白的SD启动卡并分区。这里移植带有桌面的Ubuntu系统占用空间较大，所以建议第二个分区预留较大空间。

1.3 下载Ubuntu根文件系统压缩包

首先从官网下载Ubuntu根文件系统最小压缩包，这里选择的是Ubuntu 20.04.5版本，下载链接：https://cdimage.ubuntu.com/ubuntu-base/releases/20.04/release/

由于领航者开发板是ARM32架构，所以这里选择下载的压缩包是armhf，如下图：

    下载完成后解压到SD启动卡的第二个分区，并拷贝领航者出厂镜像（可从资料盘下载）的三个启动文件到第一个分区：

这个时候插入SD卡已经可以启动系统了，但是只能使用sh作为初始进程，并不是一个常用的Ubuntu系统，需要手动修改。

1.4 系统启动前配置

1.4.1 修改出厂内核驱动源码（5.4.0版本）

这里为了后面显示环境的配置，需要对内核fb驱动进行部分修改，建议提前修改好并替换启动文件中的内核，避免后续再关机操作。

修改内核源码中drivers/video/fbdev/core/fbmem.c文件，在1102行添加return 0;

    重新编译内核生成zImage，替换原来启动文件中的zImage，并拷贝到SD启动卡的第一个分区中。

1.4.2 安装systemd初始进程

安装初始进程之前首先要对板子里面的文件进行一些修改，主要是修改APT下载源和DNS配置，方便我们后面chroot以及联网下载。

在虚拟机下新建一个文件sources.list文件，内容如下：

deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ focal main restricted universemultiverse

deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ focal-updates main restricted universemultiverse

deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ focal-backports main restricteduniverse multiverse

deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ focal-security main restricteduniverse multiverse

再新建一个resolv.conf文件，内容如下：

nameserver8.8.8.8

nameserver8.8.4.4

然后把这两个文件拷贝到刚刚解压的根文件系统指定路径下：

这个时候板子还无法直接联网下载软件，所以需要依赖虚拟机chroot来下载一些必要的软件包，chroot切换到刚刚解压的根文件系统，然后执行apt update：

    接下来执行apt install安装systemd：

下载过程需要选择时区，这里选择亚洲/上海：

注：如果出现下图错误，执行apt update –-fix-missing后再重新下载。

确认/lib/systemd/systemd文件存在说明已经下载好了，接下来建立一个启动进程的链接文件指向systemd：

    到这里Ubuntu系统中用于初始化和管理系统服务的核心进程就下载完成了。

1.4.3 安装调试必要软件apt install vim net-tools iputils-ping isc-dhcp-client  bash-completion sudo
1.4.4 设置host及root密码vim/etc/hosts    #修改hosts文件添加如下内容

echo"zynq-ubuntu" > /etc/hostname
passwd root  #这里设置root密码，要输入两次
1.4.5 开启串口服务

领航者开发板默认PS端串口是ttyPS0,所以这里要特殊设置一下开启对应串口服务：

1. systemctl enable getty\@ttyPS0.service

复制代码

    配置完成后ctrl+d可快速退出chroot，然后umount卸载启动卡。插入SD卡到开发板，拨码开关拨到SD卡启动模式，插入PS串口，上电。

    启动到zynq-ubuntulogin，输入用户名root，密码是刚刚设置的，完成后进入系统如下：

注：登录之前可能会出现串口打印错乱的问题，这个时候关闭串口软件重新打开，再按回车就会恢复正常。

推荐大家直接使用root登录，可避免后续开发各种权限问题（由于使用root登录，后续所有命令都没有加sudo执行）。到这里已经成功进入Ubuntu系统了，接下来就可以利用Ubuntu系统开源软件包的优势，联网直接下载所需要的工具，但在这之前要先配置网络服务！

1.5 配置网络服务并下载软件

进入系统后插入网线到PS网口，并在开发板中配置DNS和DHCP相关服务。

1. vim /etc/systemd/resolved.conf         #修改dns服务配置文件如下图

复制代码

    修改完成后保存文件，输入命令systemctl restart systemd-resolved重启服务。

    然后按照下图步骤首先打开PS网口，获取IP地址，获取成功后可以ping百度看看能不能通。

    能ping通说明已经可以正常上网。

    然后输入命令unminimize自动下载必要软件，时间较长，等待下载完成后再继续往下操作。

1.6 安装配置桌面环境

首先我们要先选择窗口协议，在Linux环境中想使用桌面，目前最常用的窗口协议是X11和wayland，我们选择较为古老的X11协议。

其次还需要一个显示管理器，在我们虚拟机中常用的有lightdm、gdm3等软件，但是这里我们都不推荐使用，因为占用资源较多，领航者ZYNQ作为一款ARM端拥有双核A9的芯片，实在是有点为难。我们选择轻量级的显示管理器slim。

最后是桌面环境软件，Ubuntu系统可以选择的桌面环境软件还是比较多的，比如我们自己虚拟机的Ubuntu系统使用的是Gnome，这是一款设计非常不错的桌面软件，但是我们不建议使用，理由同上。我们仍然选择较为轻量级的桌面环境xfce4。

确定完了所需软件以后，我们需要确定用哪个接口显示桌面，领航者开发板上有HDMI和RGB LCD两种显示方式，我们这里采用RGB LCD显示，用排线连接好LCD屏幕。

综上，我们启动的桌面环境至少需要X11串口协议+slim显示管理器+xfce4桌面软件，接下来开始下载安装：

1. apt install xorg xserver-xorg slim xfce4

复制代码

    这里需要下载工具较多，会占用较多内存（约1.5G左右），时间也较长。

中途可能会多次出现下图所示默认显示管理器选择，这里都选择slim。

    等待下载完成后，首先我们要卸载其他桌面，防止出现选择错误，输入如下命令卸载gnome桌面相关工具：

1. apt remove gnome-*

复制代码

接下来需要对桌面显示进行配置，首先创建修改/etc/X11/xorg.conf文件，写入如下内容后保存：

Section"Device"

       Identifier "FB"

       Driver     "fbdev"

       Option     "fbdev" "/dev/fb0"

EndSection

    然后输入命令systemctl restart slim。这个时候LCD屏幕上就会显示登录界面，一个图形化界面，大大的Login，这是slim显示管理器提供的登录界面。插入键盘输入用户名root和自己设置的密码后即可登录到桌面环境，若无法登录可参考1.8.2解决方案。插入鼠标可以控制指针，也可以触屏控制指针。

    到这里一个完整的桌面环境就安装完成了，在我们刚刚下载各种软件的过程中，包含了网络服务的配置，所以后续插入网线后不用再使用命令去使能网口和DHCP了，系统会自动获取IP地址。

有了网络和apt工具，利用Ubuntu开源软件社区的优势，大家可以自由探索Ubuntu系统了！

1.7 其他外设配置


1.7.1 领航者开发板音频配置

移植好Ubuntu系统后，需要修改音频配置文件才能正常使用音频功能。创建修改/etc/asound.conf文件，添加如下内容：

defaults.pcm.rate_converter"linear"

pcm.mmap0{

    type mmap_emul

    slave {

        pcm "hw:0,0"

    }

}

pcm.!default{

    type plug

    slave {

        pcm mmap0

    }

}

ctl.!default{

    type hw

    card 0

}

ctl.mixer0{

    type hw

    card 0

}

修改后保存文件重启开发板，可使用aplay播放.wav格式音频进行测试。找不到aplay命令怎么办？apt install alsa-utils下载即可。

1.7.2 U盘不能自动挂载？

使用桌面系统，插入U盘到USB接口后使用df -Th命令发现并没有挂载，这是正常现象。因为在使用桌面系统时，桌面环境自带了存储设备挂载管理等功能，插入U盘后会在桌面UI显示，鼠标双击即可挂载。

1.7.3 网口配置

桌面系统中使用systemd管理网络相关服务，插入网线到网口后会自动检测并动态获取IP地址，PS或PL端网口皆可。

1.8 问题及解决方法

由于上述操作步骤大部分是笔者自己探索的结果，期间也出现了一些奇怪的问题，这里总结一下并附上解决方法。

1.8.1 重启开发板后串口错乱且登录失败问题

问题描述：重启开发板后，串口打印到zynq-login，这时候输入正确的用户名和密码后会出现多余字符且显示登录失败，即使关闭串口重新打开也无法解决。如下图：

（不过这里多余的字符不一定是1，可能是因为笔者这里的密码是123）

原因分析：这里笔者推测是由于在下载桌面环境软件和unminimize过程中，重复配置了串口服务，导致多个登录相关服务重复启动，下述解决方案也是笔者自己探索的，如有更好的解决方案大家可以自由尝试解决。
解决方案：这个时候由于无法登录，串口已经不能使用了，于是关机拔出SD启动卡，插入读卡器连接到虚拟机中，利用chroot进入根文件系统中，然后输入命令systemctl disable getty@ttyPS0.service。再插入SD启动卡重新启动开发板即可恢复。

1.8.2 图形化登录界面无法进入桌面

问题描述：在图形化登录界面输入正确用户名和密码后，屏幕出现短暂黑屏后又重新回到登录界面，重复输入用户名和密码无法解决。

原因分析：系统中可能存在多个桌面软件，登录界面完成进入桌面后选择了错误的桌面导致启动失败，比如选择了gnome错误配置导致启动失败。

解决方案：在串口终端中卸载多余的桌面软件，仅保留我们推荐的xfce4作为桌面UI即可。卸载方法前文有描述。

1.8.3 没有LCD屏幕想用HDMI显示？

解决方案：买个LCD屏幕
or修改软件配置。修改/etc/X11/xorg.conf文件，Option     "fbdev""/dev/fb0"这一行fb0改为fb1即可，保存文件然后输入命令systemctl restart display-manager或者重启开发板即会在HDMI显示登录界面。这里笔者使用正点原子RGB LCD屏幕实测效果优于HDMI显示，且带有触屏操作，所以在我们提供的领航者Ubuntu镜像中，默认选择的是LCD屏幕显示。

1.8.4 配置桌面中文语言显示

解决方案：安装完整的locales，然后dpkg配置中文语言zh_CN.UTF-8。

1. apt install locales

复制代码

    按照上图设置完成后重启开发板即可。