嵌入式开发之zynqMp ---Zynq UltraScale+ MPSoC 图像编码板zcu102

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嵌入式开发之zynqMp ---Zynq UltraScale+ MPSoC 图像编码板zcu102
1.1 xilinx zynqMp 架构

1.1.1 16nm 级别工艺

　　Zynq UltraScale+ MPSoC架构

Xilinx新一代Zynq针对控制、图像和网络应用推出了差异化的产品系，这在Xilinx早期的宣传和现在已经发布的文档里已经说得很清楚了。她的产品系如图2所示。

图2 产品表

从图2看到，这个系列的Zynq算是8核（或9核）异构产品：四核的ARM-CortexA53 CPU、双核的Cortex-R5 RPU、Mali-400 GPU（一个Geometry核，两个像素核）、PL逻辑以及视频编解码器Codec核。

在表2中，ZU2E、ZU3E为针对控制类应用，逻辑和Block RAM资源较少，没有Video Codec和高速收发器。ZU4E、ZU2E和ZU7E针对视频类应用，有内部的UltraRAM资源、Video Codec和GTH高速收发器。其他型号针对网络应用，除了Video Code没有外，其它高大上的东西都有，比如更高速的收发器GTY，还有150G Interlaken和100G Ethernet MAC/PCS/RS-FEC等。

熊猫君是做图像的，下面的描述都是针对图像版的Zynq UltraScale+而言的。

因为PS部分的资源是固定的，大家都一样，在后面一起说就行。PL部分因为有这三个东西，将使设计如虎添翼：

a)大量的Block RAM和Ultra RAM资源，小20Mb的内部RAM资源，对分块处理图像，那应该会带来不少的便捷；

b)Video Code：这个东西是集成在PL侧的硬核，有了它，图像压缩和解压缩都不用愁了；

c)GTH：PL端集成的GTH收发器，对SDI、DP等图像接口接入那是十分的方便，当然也可以做PCIe咯。

不多说了，熊猫君从Xilinx官方文档UG1085上截一个图来表示这个高大上通用SoC的系统级架构，也就是下面的图3啦。

图3 Zynq UltraScale+ MPSoC系统架构图

http://blog.csdn.net/haoxingheng/article/details/50098777

时隔三年，Xilinx推出了其全新的异构SoC，大名叫ZynqUltraScale+。相比它的前辈Zynq-7000，这款SoC功能显得更加强劲：最显著的变化是新加入了GPU和视频编解码器，而且编解码器在PL端，PS端的高速接口更加丰富。按照Xilinx官方的说法，Zynq UltraScale+主要针对控制、图像和网络这三大块，比如说汽车辅助驾驶、8K图像、100G网、物联网等等领域（兵马未动，粮草先行啦，Xilinx早早的就针对这些差异化应用推出了SDx集成开发环境）。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图4 系统简图

从图4可以看到，这是一个带SDI接口的IP相机。大致分为两大块：

a）PL负责原始数据采集、Bayer域处理、ISP和图像编码；

b）PS负责对PL的管理、控制和协处理、RTSP服务器、千兆网和SD卡数据存储。

http://blog.csdn.net/haoxingheng/article/details/50076591

1.2 xilinux zynqMp 开发环境搭建

1.2.1 移植petaLinux之安装petalinux
1.2.2 搭建硬件环境

新建工程，选择对应的芯片型号，并新建一个 BD 原理图文件(命名为system)，然后添加一个ZYNQ Processing system的IP核，并设置好与硬件相符合的PS和PL时钟以及DDR型号

然后右键单击 Block 文件，文件选择 Generate the Output Products，然后右键单击 Block 文件，选择 Create a HDL wrapper，根据 Block 文件内容产生一个 HDL 的顶层文件，并选择让 vivado 自动完成

经Vivado综合，实现后，在Vivado中导出硬件，输出PetaLinux所需要的硬件描述文件
输出的文件就在“/（工程文件夹）/（工程名）.sdk”这个文件夹下，这个文件夹下的system_wrapper.hdf待用

1.2.3 搭建petalinux bsp工程
- g.编译kernel
  命令petalinux-config -c kernel，操作同上（save为kernel.config）
  
  h.编译rootfs
  命令petalinux-config -c rootfs，操作同上（save为默认即可）
  
  i.设备树配置
  若要修改，直接在工程文件夹下，Ctr+F搜索.dts就可以找到相关文件，做出相应修改”
  暂时默认吧，不修改，按照它自动生成的设备树
  
  j.编译工程
  配置完成后可以生成适配该硬件的fsbl,u-boot,kernel,rootfs等文件，输入命令petalinux-build，等待即可，最后生成的文件在 image/linux下
  
  k.生成BOOT.BIN
  把shell定位到image/linux目录下，执行命令
  petalinux-package --boot --format BIN --fsbl zynq_fsbl.elf --fpga system_wrapper.bit --u-boot，在文件夹下就可以发现，多了一个BOOT.BIN
  
  l.将如下文件拷入SD卡
  
  m.开机
  将SD卡，插回，开机，串口打印信息为：
　　　　　　 ....

　　　　　n。生成完启动文件后可以进行模拟适配

　　　　　　如果不想连接开发板可以先用模拟题运行u-boot，kernel，看看是不是正确

　　　　　　petalinux-boot –qemu –u-boot

　　　　petalinux-boot –qemu –kernel

密码：root

如果模拟器运行没问题就可以用jtag下载到zynq板子上进行后续调试了，命令参看ug1157-petalinux-tools-command-line-guide

http://blog.csdn.net/zhaoxinfan/article/details/57530627

http://blog.csdn.net/long_fly/article/details/78727813

1.3.Xilinx zynqMP开发基本步骤

a）使用Vivado 工具生成 .hdf文件，比如ZU9_cpu.hdf

b）使用SDK工具生成FSBL。FSBL的作用主要是初始化PLL，DDR，MIO管脚分配，烧写FPGA，运行uboot等。核心代码代码位于psu_init.c中。

c）生成uboot

d）使用bootgen工具生成BOOT.BIN文件，bootgen需要使用.bif文件做输入。bif指导那个文件用作输入，targets等

//arch = zynqmp; split = false; format = BIN
the_ROM_image:
{
[fsbl_config]a53_x64
[bootloader]C:cpu_testcpu_testcpu_test.sdkfsblDebugfsbl.elf
[destination_device = pl]C:cpu_testcpu_testcpu_test.sdkcpu_test_wrapper_hw_platform_0cpu_test_wrapper.bit
[destination_cpu = a53-0]C:cpu_testcpu_testcpu_test.sdkuboot.elf
}

e）把BOOT.BIN,system.dtb和Image文件copy到SD卡第一分区，把rootfs解压到SD卡ext4分区。

http://blog.csdn.net/ambercctv/article/details/69945902

1.3.1 zynq MP的启动

（1）启动过程

　　下图时xilinx手册上摘录的图，描述了zynqMP 上的linux的整个boot过程

系统复位后，首先PMU(Platform Management Unit)会执行PMU ROM中固化代码，执行完后会启动CSU处理核，CSU会负责从启动存储介质中加载FSBL(First Stage Boot Loader)至on-chip ram中，FSBL可以由RPU负责执行也可由APU负责执行，须在制作FSBL时确定。继而，CSU激励RPU或APU执行FSBL。FSBL会加载PMU Frameware交付PMU执行。继而FSBL执行完成后切换至ATF（Arm Trusted Frame），ATF于APU上执行。然后ATF启动u-boot，u-boot为linux配置好运行环境将执行权交付给Linux内核。

　　

　　可以看出和Zynq-7000类似，ZynqUltraScale+ MPSoC也是三级启动方式，只是Xilinx又给它们起了一个新名字,启动分为以下三级：

a) Pre-configuration:复位后执行PMU ROM代码，讲外部FSBL代码搬到内部的OCM。相当于Zynq 的Boot ROM执行。

b) Configuration：在内部的OCM代码，系统根据BOOTHeader的内容选择在CPU(Cortex-A53)还是RPU(Cortex-R5)上执行。负责初始化必要的时钟、内存和外设，加载Bit文件和用户代码等。

c) Post-configuration:执行用户代码。

http://blog.csdn.net/haoxingheng/article/details/50099373

（2）启动文件详解

对于ZYNQ MPSoC有以下几个文件，

a.FSBL

这个FSBL跟zynq-7000的fsbl是一样的，用户可以选择用cortex-a53制作启动的fsbl文件，也可以选择用cortex-r5来制作启动的fsbl文件。

b.PMUFW （pmufw.elf）

PMU的配置文件，但这个不是必须的，用户是可选的，MPSOC有LPD.FPD.PL三路电源轨，PMU是为了更好的管理电源和控制功耗，一般情况下，大部分客户不需要修改这个elf文件，这个文件不是制作BOOT.bin必须要的。

c.ARM Trusted Firmware(bl31.elf)

ARM Trusted Firmware文件，是一个arm加密固件，用户根据需要来定制，这个文件不是制作BOOT.bin必须要的。

d.PL bitstream（design_1_wrapper.bit）

这是FPGA端的bit配置文件，用户根据自己的需要来配置bit文件，这个文件不是制作BOOT.bin必须要的。

e.uboot（u-boot.elf）

uboot文件，目前我使用的是version是2016.7，制作BOOT.bin需要这个文件。

f.image.ub

这个文件是由petalinux-package --image 打包kernel rootfs device-tree这个三个文件合成的image.ub文件，也就是说，当你启动mpsoc的时候，你最终只需要两个文件BOOT.bin image.ub。

http://blog.csdn.net/luhao806/article/details/58591497

1.3.2 uboot 的生成

MPSOC系列基于ZCU102 uboot的编译生成

　　查看board/xilinx/zynqmp/zynqmp.c 中board_late_init

　　这里需要检查了zynqMP的启动方式，并设置了环境参数 modeboot ,此次测试使用sd卡boot，故modeboot 会被设置为sdboot，故u-boot会执行run sdboot命令，其中sdboot 环境参数设置在include/configs/xilinx_zynqmp.h中定义，

　　此处还实现了TFTP形式的boot以及nfs文件系统，这里就不解释TFTP Boot及nfs（xilinx默认配置是从sd卡第一分区（FAT格式）读取devicetree以及Image实现boot，并以sd卡第二分区(ext4格式)作为系统的跟文件系统）。

　　uboot 生成：

cd $u-boot-xlnx-dir

export ARCH=arm64

export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-

make distclean

make xilinx_zynqmp_zcu102_rev1_0_defconfig

make -j4 #-jn 为你要运行的核数

http://blog.csdn.net/baidu_23935667/article/details/79099803

or：

　　从git.xilinx.com上下载uboot源码

$ git clone https://github.com/Xilinx/u-boot-xlnx

2. 设置本地环境变量

$ source petalinux2017.2/settings.sh

3.配置uboot

$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- xilinx_zynqmp_zcu102_config

4.编译uboot

$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-

编译完成之后会看到文件名u-boot.elf的二进制文件，在合成BOOT.BIN的时候我们会用到这个文件。

http://blog.csdn.net/luhao806/article/details/77896547

1)windows vivado sdk create uboot.bin

打开vivado工程并生成bit stream
导入到 sdk
打开sdk
创建预置的fsbl工程
Xilinx Tools>Creat Boot Image
选择BIF file path
选择Output path
在Boot image partitions中
add>fsbl.elf
add>XXX.bit
add>u-boot.elf
Creat Image

其中bif为路径配置文件：

　　bif文件如下所示：
```
//arch = zynqmp; split = false; format = BIN
the_ROM_image:
{
    [fsbl_config]a53_x64
    [bootloader]PROJECT_DIR/project_1.sdk/fsbl/Debug/fsbl.elf
    [pmufw_image]PROJECT_DIR/project_1.sdk/pmu/Debug/pmu.elf
    [destination_device = pl]PROJECT_DIR/project_1.sdk/design_1_wrapper_hw_platform_0/design_1_wrapper.bit
    [destination_cpu = a53-0, exception_level = el-3]PROJECT_DIR/project_1.sdk/bl31.elf
    [destination_cpu = a53-0, exception_level = el-2]PROJECT_DIR/project_1.sdk/u-boot.elf
}
```
　　其中PMU、FSBL由SDK中生成

http://blog.csdn.net/aostas/article/details/78149300

2)petalinux 合成 boot.bin

$ petalinux-package --boot --fsbl images/linux/zynqmp_fsbl.elf --u-boot=images/linux/u-boot.elf --pmufw no --atf --force

下面是输入命令之后的打印信息：
INFO: File in BOOT BIN: "/home/luhao/xilinx/peta_project/xilinx-zcu102-2016.4/images/linux/zynqmp_fsbl.elf"
INFO: File in BOOT BIN: "/home/luhao/xilinx/peta_project/xilinx-zcu102-2016.4/images/linux/bl31.elf"
INFO: File in BOOT BIN: "/home/luhao/xilinx/peta_project/xilinx-zcu102-2016.4/images/linux/u-boot.elf"
INFO: Generating zynq binary package BOOT.BIN...
INFO: Binary is ready.

petalinux-package --boot 用来生成一个BOOT.bin目标文件；

--fsbl images/linux/zynqmp_fsbl.elf 代表着fsbl的路径；

--u-boot=images/linux/u-boot.elf 代表着u-boot.elf的路径；

--pmufw no 表示禁用pmufw,如果不加no，默认路径就是image/linux/pmufw.elf；

--force是覆盖之前生成的BOOT.bin文件；

bl31.elf是atf文件，arm加密固件；

如果需要加入bit文件，请加入如下选项

--fpga images/linux/design_1_wrapper.bit

http://blog.csdn.net/luhao806/article/details/58594632

1.3.3 MPSOC系列基于ZCU102的linux的kernel的编译

cd linux-xlnx

export ARCH=arm64

export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-

make xilinx_zynqmp_defconfig

make menuconfig make -j4 #-jn n为你要运行的核数

http://blog.csdn.net/baidu_23935667/article/details/79099803

or：

　 a.从git.xilinx.com上下载kernel源码

$ git clone https://github.com/Xilinx/linux-xlnx

b. 设置本地环境变量

$ source petalinux2017.2/settings.sh

c.配置kernel

$ make ARCH=arm64 CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- xilinx_zynqmp_defconfig

c.编译kernel

$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu- -j4

e.进入Image所在目录

$ cd arch/arm64/boot

我们可以看到Image文件，此为linux内核文件

f.进入dts目录

$ cd arch/arm64/boot/dts/xilinx

我们可以看到zynqmp-zcu102-revB.dtb文件，在SD启动的时候可能需要改名为devicetree.dtb或者system.dtb。

http://blog.csdn.net/luhao806/article/details/77896761

1.4 Zynq UltraScale+ MPSoC新鲜出炉

1.4.1 区别zynq mp和zynq

时隔三年，Xilinx推出了其全新的异构SoC，大名叫ZynqUltraScale+。相比它的前辈Zynq-7000，这款SoC功能显得更加强劲：最显著的变化是新加入了GPU和视频编解码器，PS端的高速接口更加丰富。按照Xilinx官方的说法，Zynq UltraScale+主要针对控制、图像和网络这三大块，比如说汽车辅助驾驶、8K图像、100G网、物联网等等领域（兵马未动，粮草先行啦，Xilinx早早的就针对这些差异化应用推出了SDx集成开发环境）。

手头必备的TRM UG1085（http://www.xilinx.com/support/documentation/user_guides/ug1085-zynq-ultrascale-trm.pdf）

寄存器手册（http://www.xilinx.com/support/documentation/registers/ug1087/ug1087-zynq-ultrascale-registers.html）

http://blog.csdn.net/kkk584520/article/details/50042757

https://wiki.trenz-electronic.de/pages/viewpage.action?pageId=14746264
1.4.2

选择PetaLinux的原因
在详细介绍具体做法之前，有必要花点时间来探讨针对基于FPGA的嵌入式系统提供的操作系统选项。PetaLinux是FPGA上最常用的操作系统，另外还有μClinux 和Xilkernel。μClinux为Linux发行版，是一款包含小型Linux内核的移植型Linux操作系统，适用于无存储器管理单元（MMU）的处理器［1］。μClinux配备有各种库、应用和工具链。Xilkernel就其本身而言，是一款小型、高稳健性、模块化内核，能够提供高于μClinux 的定制性能，有助于用户通过定制内核来优化其设计尺寸与功能［2］。同时，PetaLinux也是一款完整的Linux发行版及开发环境，适用于基于FPGA的片上系统（SoC）设计。PetaLinux包含预配置二进制可引导映像、面向赛灵思器件的完全可定制Linux 以及配套提供的PetaLinux软件开发套件（SDK）［3］。其中SDK包括用于自动完成配置、构建和部署过程中各种复杂工作的工具和实用程序。赛灵思提供可免费下载的PetaLinux开发包，其中包括针对各种赛灵思FGPA开发套件而设计的硬件参考项目。同时包含在内的还有适用于赛灵思FPGA的内核配置实用程序、交叉编译器等软件工具、硬件设计创建工具以及大量其它设计辅助功能。据报道，Xilkernel 的性能优于μClinux［4］，而PetaLinux的性能又优于Xilkernel ［5］。由于这个原因，特别是由于已针对我们赛灵思目标板提供的软件包原因，我们为我们的项目选择了PetaLinux。移植PetaLinux的另一大优势是用户可以轻松实现远程编程。这就意味着用户可使用远程接入方式，通过远程登录，采用新的配置文件（或比特流文件）加载FPGA目标板。有两种方法可以创建用于构建PetaLinux系统的软件平台：在Linux终端上使用PetaLinux命令或通过下拉菜单使用GUI。

http://www.elecfans.com/emb/fpga/20171117581662_a.html
附录：

1. zcu102 Linux 完整打印信息log

http://blog.csdn.net/luhao806/article/details/58602337

2. http://www.wiki.xilinx.com/
（提供了几乎所有的学习资料，包括：创建FSBL，配置编译内核，配置编译u-boot，编译生成dtb，制作根文件系统，linux 设备驱动程序，设计例程等等）

3.zc702 学习总结

http://blog.csdn.net/Klaus_Wei/article/details/38063349

4. zcu102 pcie视频传输方案

http://blog.csdn.net/vacajk/article/details/78970368

5.zcu102

ZCU102 HDMI Demo测试：

http://blog.csdn.net/vacajk/article/details/78970533

6. zcu102 xen 开源视频监视

http://blog.csdn.net/telantan/article/details/78872451

7.

闲话Zynq UltraScale+ MPSoC（连载4）——IO资源

http://blog.csdn.net/haoxingheng/article/details/50100573

闲话Zynq UltraScale+ MPSoC （连载3）——启动加载

http://blog.csdn.net/haoxingheng/article/details/50099373

闲话Zynq UltraScale+ MPSoC （连载2）——架构和电源要求

http://blog.csdn.net/haoxingheng/article/details/50098777

Zynq UltraScale+ MPSoC新鲜出炉

http://blog.csdn.net/kkk584520/article/details/50042757

8. zynq petalinux编译用户自定义系统

http://blog.csdn.net/shichaog/article/details/51544173

9.ZYNQ跑系统系列（二） petalinux方式移植linux

http://blog.csdn.net/long_fly/article/details/78727813

10 ZCU102开发 (1) 运行基于ubuntu文件系统的Linux

http://blog.csdn.net/telantan/article/details/73928695

【Zynq学习笔记3】petaLinux使用

http://blog.csdn.net/wt881010/article/details/71597478

zynq之petalinux安装和编译

http://blog.csdn.net/shichaog/article/details/51074980

将PetaLinux移植到FPGA上的原因和步骤详解 - 全文

http://www.elecfans.com/emb/fpga/20171117581662_a.html

11. xlinux官网资料

http://china.xilinx.com/products/boards-and-kits/ek-u1-zcu102-g.html#documentation

https://china.xilinx.com/search/support-keyword-search.html?searchKeywords=PetaLinux%20Tools%20Documentation

https://china.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/xilinx2017_4/ug1156-petalinux-tools-workflow-tutorial.pdf

http://www.xilinx.com/support/download/index.html/content/xilinx/en/downloadNav/embedded-design-tools.html

https://china.xilinx.com/support/documentation/sw_manuals/xilinx2017_4/ug1144-petalinux-tools-reference-guide.pdf
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原文地址：https://www.cnblogs.com/pengkunfan/p/8569986.html