#1 Petalinux BSP

参考：
homepage: https://www.xilinx.com/products/design-tools/embedded-software/petalinux-sdk.html
ug1144: https://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/xilinx2018_3/ug1144-petalinux-tools-reference-guide.pdf

Petalinux 中的一个工程被称为一个BSP，BSP包含运行系统所需的所有文件，BSP的出现使得跨团队的开发变得更为便捷。自定义的Petalinux可以通过打包再交付给下一级的开发人员，使得其不需要重新配置就可以直接使用上级开发人员的产出。
Xilinx和二级开发板制造商可能会提供“参考BSP”，一个由供应商开发人员打包的完整BSP，可以做到即载即用，并且这些设计可以作为用户进行进一步开发的基础。
综上，有两种方法建立Petalinux工程：

• 下载官方的参考BSP，并创建工程
• 使用自行设计的硬件平台创建新的工程

#2 根据参考BSP创建工程

参考：
homepage: https://www.xilinx.com/products/design-tools/embedded-software/petalinux-sdk.html
ug977: https://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/petalinux2013_10/ug977-petalinux-getting-started.pdf

你只需找到对应开发板的参考BSP包，下载载入即可。参考BSP已经预先编译好了系统和Demo，无需用户再次编译，可以直接下载至开发板或会使用QEMU进行模拟。
首先请手动创建预期的工程目录，并将工作路径切换至目录中，随后加载Petalinux环境变量，然后根据BSP创建新的工程：

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$ petalinux-create -t project -s /path/to/your/bspfile.bsp -n custom-project-name

请修改命令中的BSP文件路径至实际的路径。

随后可以尝试在QEMU虚拟机中启动预编译的系统镜像：

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$ petalinux-boot --qemu --kernel

如果一切正常，你应该可以看见u-boot和kernel启动过程中的log输出，直至最后停留在登陆命令处，可以使用root账户（默认密码为”root”）登入。

#3 根据自定义硬件平台创建工程

参考：
ug1144: https://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/xilinx2018_3/ug1144-petalinux-tools-reference-guide.pdf

对于绝大多数的非官方参考开发板，都需要根据设计好的硬件平台手动创建工程。

#3.1 获取硬件平台设计文件

首先，你需要在Vivado中进行硬件设计，为了让Linux可以正常在zynq芯片的arm核上运行，你需要分配一定的硬件资源。根据ug1144，对于使用Petalinux的参考Linux，需要提供以下的资源：

• TTC模块，作为系统时钟
• 至少32MiB存储空间
• UART模块（可选）用于输出控制台
• NV存储器（可选）
• 以太网接口（可选）

如果要使用Microblaze等其他处理器，请参考ug1144。

在Vivado中启用并预留好相应的硬件资源、设计实现PL部分，进行综合，实现，使用“Export Hardware”功能导出Petalinux需要的硬件平台设计文件，包括用于描述硬件配置的xsa文件和保存比特流的bit文件。

#3.2 创建Petalinux工程

将需要文件拷贝至期望的新Petalinux工程目录下，对于zynq芯片平台，执行如下命令：

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$ petalinux-create --type project --template zynq --name custom-project-name

你应该可以在终端上看到成功创建工程的输出信息，若是其余硬件平台请修改”template”参数。

随后需要载入之前导出的硬件设计文件，使用如下命令，Petalinux会自动在当前目录中寻找可用的硬件设计文件：

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$ petalinux-config --get-hw-description

因为是新的工程，Petalinux会自动进入配置界面，在里面我们可以配置一些系统参数，主要的配置包括：启动方式，启动存储器分区表，启动文件名称等等。请根据硬件平台的设计选择对应的u-boot和kernel启动方式，如果希望使用QEMU虚拟机进行仿真则无需修改启动选项，QEMU虚拟机将直接读取kernel镜像。
退出至配置根目录，使用左右方向键移动下方功能光标，选择“Save”保存配置文件，之后退出配置界面，Petalinux会自动根据配置文件配置当前工程。
配置过程需要进行文件复制，所需时间从10分钟至半小时不等，配置过程中不需要进行人工确认。

如果你需要配置kernel，比如加入硬件支持或者进行内核裁剪，请使用如下命令打开kernel配置界面：

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$ petalinux-config -c kernel

与正常的kernel配置界面并无区别（实际上就是调用了menuconfig）。

此外，还有如下配置可以进行：

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$ petalinux-config -c u-boot
#配置u-boot

$ petalinux-config -c rootfs
#配置rootfs

#3.3 设备树配置

Petalinux能够根据硬件描述文件自动地把IP外设添加至设备树中，但是对于其他的非IP外设则需要手动修改设备树以告知系统该硬件的存在。
设备树文件的目录为：./subsystems/linux/configs/device-tree
具体方法与常规的ARM Linux设备树修改无异，这里就不再赘述。

修改设备树后，可以使用如下命令编译设备树文件，而不进行全局编译：

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$ petalinux-build -c device-tree

#3.4 编译

请确保电脑的供电稳定，能够顺利访问境外服务器，磁盘上有至少20GiB的剩余空间，以及4GiB的空闲内存

在工程目录下，执行如下命令：

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$ petalinux-build

Petalinux将编译u-boot，kernel以及rootfs，编译过程可能需要联网下载文件，总耗时取决于电脑配置和境外网速，从30分钟至4小时不等。

自然，你可单独编译这三个部分，具体命令如下：

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$ petalinux-build -c u-boot

$ petalinux-build -c kernel

$ petalinux-build -c rootfs

编译完成后的镜像文件位于：./images/linux
其中四个文件在接下来会被用到，

• zynq_fsbl.elf (zynq引导文件)
• image.ub (Linux系统镜像)
• u-boot.elf (u-boot引导文件)
• your-bitstream.bit (比特流文件)

这里可以顺便一提，zynq使用三阶段引导，分别是

• rom boot loader，固化在rom中
• fsbl，用于加载bitstream并启动下一阶段引导
• u-boot或其他boot loader，负责arm核的初始化和系统镜像的引导。

#4 打包制作BOOT.BIN文件

参考：
ug1144: https://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/xilinx2018_3/ug1144-petalinux-tools-reference-guide.pdf

BOOT.BIN文件为zynq系列芯片的启动引导的标准名称，包含fsbl、uboot和比特流文件，使用sd卡或者u盘或者其他外部存储进行启动时，都需要先将引导打包成BOOT.BIN文件。

在Petalinux工程目录下，执行如下命令进行打包：

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$ petalinux-package --boot --fsbl zynq_fsbl.elf --fpga your-bitstream.bit --u-boot u-boot.elf

请根据实际情况，修改比特流文件的名称。

#5 启动系统

参考：
ug1144: https://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/xilinx2018_3/ug1144-petalinux-tools-reference-guide.pdf
ug982: https://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/petalinux2013_10/ug982-petalinux-system-simulation.pdf

#5.1 从QEMU启动系统

QEMU虚拟机可以直接加载系统镜像，而不需要其他引导，具体命令如下：

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$ petalinux-boot --qemu --kernel

root账户的默认密码为 root

如果想退出虚拟机，请按下 Ctrl+a*，然后按下 *x

#5.2 从jtag启动系统

连接至开发板串口，并将波特率设置为115200以正确读取输出，执行如下命令启动系：

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$ petalinux-boot --jtag --prebuilt 3

–prebuilt 3 意味着linux kernel。
root账户的默认密码为 root

如果只需要将程序下载至开发板而不进行启动，可以执行如下命令：

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$ petalinux-boot --jtag --fpga --bitstream <BITSTREAM>
$ petalinux-boot --jtag --u-boot
$ petalinux-boot --jtag --kernel

遇到问题请优先考虑ug1144，善用目录和查找功能。

#1 序

Xilinx的文档一向以“烂”著称，而Petalinux有关的文档则是集大成者，如果你发现某处出现了magic command，那很可能只是在某文档的小字里面淡淡描述过。
该文章系列一共有三部分，分别是Petalinux的介绍与安装，你的第一个Petalinux工程，以及Petalinux的应用开发，有关IP核的开发和设备树等涉及硬件的开发这个系列不涉及，不过可能有番外篇来讲述一下QEMU的网络配置。如果安装过程中出现某些奇怪的报错内容，还请google一下。
考虑到Xilinx的服务器全部位于海外，如果你正在看着这篇文章，并试图去跟着完成Petalinux的开发，那么请现在就去开始下载。注意，下载与你所使用的硬件开发工具(如Vivado)大版本号相同的Petalinux。
Petalinux本身并不复杂，许多功能也不magic，只是你不知道，Xilinx也不告诉你，我会试图分析并解释这些功能。考虑到部分内容也只是我的经验之谈，如有错误还请指正。

#2 Petalinux 101

参考：
homepage: https://www.xilinx.com/products/design-tools/embedded-software/petalinux-sdk.html
ug1144: https://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/xilinx2018_3/ug1144-petalinux-tools-reference-guide.pdf

按照较为商业的说法，Petalinux是一个“解决方案”，而非Linux发行版，Petalinux为用户提供从定制内核和rootfs，编译内核和rootfs以及打包启动镜像并部署至开发板的全套功能。同时为了提升效率，Petalinux可以与类似Vivado之类的“Xilinx 硬件开发工具”配合使用，比如可以导入Vivado导出的硬件描述文件和bitstream文件构建一个PS+PL的项目。
Petalinux是随着zynq等arm+fpga这类组合芯片的出现而诞生的，解决了在这类arm+fpga芯片上移植linux等等琐事。如果不使用Petalinux，用户需要手动编译kernel和u-boot，然后将编译得到的镜像在Vivado等工具中，与FSBL、bitstream手动打包成启动镜像，然后拷贝至sd卡进行启动，Petalinux则将这所有工作集中到一套sdk中，同时提供独立的qemu虚拟机便于测试应用程序能否在fpga板上正确运行。

Petalinux本身主要由两大部分组成：

• 一个配置、编译、开发工具包 (PetaLinux Tools)
• 一个Xilinx开发的Linux发行版 (Reference Linux Distribution)

接下来我们一一介绍这两个部分。

PetaLinux Tools (host)

Petalinux Tools是一个大的“软件合集”，包括如Petalinux的cli，应用、驱动的模板，系统镜像打包工具，QEMU模拟器以及GCC工具链等等工具，提供从创建文件夹到在开发板运行系统的一条龙服务。
开发人员可以使用这些工具来自定义引导加载程序，Linux内核或Linux应用程序。他们可以通过QEMU进行仿真，或网络和JTAG在物理硬件上运行系统内核，添加设备驱动程序，应用程序，库以及启动和测试软件。
根据其功能，这些工具主要被分为三类，分别是：

• 自定义板机支持包生成工具：
  可以通过“Xilinx 硬件开发工具”导出的文件自动生成一个定制的Linux Board Support Package，其中包括内核和引导加载程序的配置，以及IP核驱动程序。
• Linux配置工具：
  用于自定义引导加载程序，Linux内核，文件系统，库和系统参数的工具。与普通kernel的配置工具不同，这些配置工具将“完全知晓Xilinx硬件开发工具，并且可以读取自定义硬件有关的文件”。
  换句话说，这些工具能够配置一些fpga特有的功能，同时可以读取你开发的PL部分（如IP，或者什么其他的Verilog代码），并进行正确的配置（如获取正确的GPIO寄存器地址）。
• 软件开发工具:
  用于开发驱动程序、应用程序以及函数库。能够创建相应的工程模板，并能够编译、打包和分发软件组件（software components），使开发人员不需要过多关心编译相关的底层问题，并能够轻松的在开发板上安装和使用自己开发的程序。

Reference Linux Distribution

PetaLinux提供一个完整的参考Linux发行版，该发行版已针对Xilinx的FPGA设备进行了集成和测试。
这个发行版包含以下内容：

• Boot loader
• 优化过的kernel
• 基本的Linux软件和运行库
• Debug工具
• 对多线程和FPU计算的支持
• 集成式web服务器

当然，你可以使用其他的Linux发行版作为rootfs，比如ubuntu minimal等等，但是一般来说使用Petalinux自带的参考Linux发行版就足够了。

自此，我们完整的介绍了Petalinux，所以Petalinux是什么？工具包+Linux发行版。

#3 安装Petalinux

参考：
ug976: https://www.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/petalinux2013_10/ug976-petalinux-installation.pdf

大体上用户只需要执行安装包即可，但是Petalinux的安装脚本仅仅适配了REHL系发行版，这意味在其他发行版可能存在环境问题，需要我们手动配置环境。
注意：请确保安装Petalinux的磁盘有至少50GiB的空闲容量，推荐至少有100GiB的空闲容量

step 1 下载安装包

考虑到Petalinux的“安装包”实际上是一个“脚本”，并且在安装过程中需要进行解压操作，如果压缩部分出现少量错误，极有可能耗费数个小时但无功而返，因此请务必在下载完成后检查下载文件的hash值是否一致，若不一致还请重新下载。
此外，请尽可能保证Petalinux和硬件开发工具的大版本号一致（如”2019.2”中的”2019”），以确保硬件描述文件等等是通用、可接受的。

step 2 配置运行环境

参见ug976 11页表格，请根据你的发行版安装所需要的软件包。
如果你使用的是Debian/Ubuntu发行版，那么可以尝试以下指令：

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sudo apt install tofrodos iproute gawk make net-tools libncurses5-dev tftpd zlib1g:i386 libssl-dev flex bison libselinux1 gnupg wget diffstat chrpath socat xterm autoconf libtool tar unzip texinfo zlib1g-dev gcc-multilib build-essential screen pax gzip

如果报错，请查看报错的软件包是否因为版本更新而改用其他名称。

step 3 安装

执行petalinux-vxxxx.xx-final-installer.run，即你下载的安装包，它会默认安装至当前工作目录，即你执行安装包的目录。

1. 安装过程需要解压缩，安装总耗时取决于磁盘性能，从半小时到数小时不等。
2. 安装中途需要进行数次手动确认，因此请时不时看一下安装进度。
3. 如果提示“tftp server”未运行，请暂时忽视，这并不会影响Petalinux的安装。
4. 使用systemctl或者init.d启动tftp server即可，可能需要手动创建tftp用于收发文件的目录，根据错误提示手动创建目录即可。
5. 运行安装包请勿使用root权限，如果报出权限错误，请检查该安装包是否未被赋予可执行权限。

step 4 验证安装

安装完成后，进入安装目录。
如果你是bash/zsh用户，请source setting.sh：

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$ source ./setting.sh

如果你还仍然坚持使用c shell，请source setting.csh:

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$ source ./setting.csh

你应该在终端上看见类似如下所示的输出：

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PetaLinux environment set to ’/opt/petalinux-v2019.1-final’
INFO: Finalising PetaLinux installation
INFO: Checking free disk space
INFO: Checking installed tools
INFO: Checking installed development libraries
INFO: Checking network and other services

随后，请检查工作目录环境变量是否配置正确：

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$ echo $PETALINUX
/opt/petalinux-v2019.1-final

该环境变量的值应该指向Petalinux的安装目录。