原创 转载：在XUP V2P上植入Linux系统

前言：鄙人专业是搞芯片的，用FPGA只是做板上验证。我从大四才开始接触FPGA，到现在也三年了，对V2P还是比较熟悉的，因为这是我接触的第一块很爽的开发板，既便宜功能又全，所以一年前我突发想法，因为兴趣，很想在这块板上自己搭建一个Linux系统，这个系统就像PC机，能连接键鼠，能上网，能带的起串口硬盘等等，但是由于时间问题，这个想法一直没有实现。今放假回家，巧收到这次大赛的通知信，欲借助这个博客大赛让我帮自己整理思路，开学到实验室再搞定这套系统。

摘要：本篇介绍了利用Xilinx XUP Virtex2 pro 开发板搭建一个linux平台，以实现嵌入式系统。
关键词：Virtex2pro，linux，嵌入式系统，Xilinx，EDK

本篇以自顶向下的方式来帮助我整理思路。通过以下五大步就能搞定嵌入式板上系统：
1.安装并配置交叉编译工具 Crosstool-ng 1.3.2
2.用EDK10.1SP3创建工程，搭出硬件平台
3.用EDK生成device-tree和device-tree generator
4.编译Linux内核
5.编译文件系统（最难）

第一章 安装配置交叉编译工具
参考http://hi.baidu.com/caicry方法，因Crossstool-ng能建立一个新的工具链(gcc 4.3.2 glibc 2.9)，以支持对最新kernel编译，故而不用Crosstool。我实验室的环境是redhat9，将crosstool-ng装在redhat上。实际在redhat装crosstool的时候会遇到许多问题，例如bash不是3.0以上版本等等问题，遇到该问题只需要根据提示在ftp.gnu.org上下载相应的包解压，安装即可。
需要的升级包为：
binutils-2.19.1.tar.bz2
dmalloc-5.5.2.tgz
duma_2_5_14.tar.gz
ecj-latest.jar
gcc-4.3.2.tar.gz
glibc-2.9.tar.bz2
glibc-ports-2.9.tar.bz2
gmp-4.2.4.tar.bz2
libelf-0.8.11.tar.gz
linux-2.6.31.1.tar.gz
mpfr-2.4.1.tar.bz2
ncurses-5.7.tar.gz
建议用最新版本的linux发行版，例如ubuntu8以上继续操作。
第一步，下载文件，命令为：
cd /tmp
mkdir crosstool-ng
wget http://ymorin.is-a-geek.org/download/crosstool-ng/crosstool-ng-1.5.3.tar.bz2
tar jxvf crosstool-ng-1.5.3.tar.bz2
cd /tmp/crosstool-ng-1.5.3
./configure --local
make
chmod a rx ct-ng   注：有些linux版本对rx不支持，可用777代替。
第二步配置crosstool-ng以编译一个专用的交叉编译器
第1点，配置glibc。glibc是linux系统中最底层的api（应用程序开发接口），几乎其它任何的运行库都会倚赖于glibc。开始配置：
./ct-ng menuconfig
经过一小段等待后出现以下画面：

以图形界面方式配置glibc，参数表如下：
?Paths and misc options
    *******Paths*******
      Local tarballs directory: ${HOME}/sources
      Save new tarballs: Yes
      Prefix directory: ${HOME}/crosstool-ng-1.5.3/${CT_TARGET}
    ******Build behavior*******
      Number of parallel jobs: 3 or 4 (if you have a quad-core computer)
      Nice level: 10
    ******Logging*******
      Maximum log level to see: EXTRA
?Target options
    Target Architecture: powerpc
    Emit assembly for CPU: 405
    Tune assembly for CPU: 405
    Floating point: software
?Toolchain options
    Tupl's Vendor string: 405
?Operating System
    Target OS: linux
    Linux kernel version: 2.6.27.35(Long-term stable)
?GMP and MPFR
    Build libraries for target: Yes
    GMP version: 4.2.4
    MPFR version: 2.3.2
?binutils
    binutils version: 2.19
    binutils libraries for the target: Yes (libiberty and libbfd)
?C compiler
    gcc version: 4.3.2
    C : Yes
    Fortran: Yes (optional)
    Java: Yes (optional)
    (Untested: enable any other languages you may want)
?C-library
    C library: glibc
    glibc version: 2.6.1
    Threading implementation to use: nptl
    Use the ports addon: Yes
?Tools (Optional, Untested!)
    libelf: Yes
    sstrip: No (because I couldn't get it to build)
?Debug facilities (Optional, Untested!)
    dmalloc: Yes (5.5.2)
    duma: Yes (2_5_14)
    gdb: Yes
      Build a static cross gdb: Yes
      Native gdb: Yes
      Build a static native gdb: Yes
      Use GMP and MPFR: yes
      Version: 6.8
    ltrace: Yes (0.4)
    strace: No (because I couldn't get it to build)
！！提醒我自己注意以上参数根据自己版本实际更改。
第1点，配置glibc结束。配置结束后跳至第二步，非第2点。
第2点，配置uClibc。uClibc 是一个小型的C 库，应用于嵌入式Linux 系统开发。它基本实现了glibc 的功能。配置表如下：
 ?C compiler
      gcc version: 4.2.4 (because 4.3.2 would not build)
      Java: No (because I could not get this to build)
?C-library:
      C library: uClibc
      uClibc version: 0.9.30
      Configuration file: ${CT_LIB_DIR}/uClibc-0.9.30-ppc405-nofpu-config 
      Threading implementation to use: linuxthreads (but really we want NPTL)
其中uClibc 0.9.30的配置方法是通用的配置方法，即下载（如果PC中没有的话），配置，生成配置文件。以下是uClibc配置表：
?Target architecture: powerpc
?Target Architecture Features and Options:
      Target CPU has a floating point unit (FPU): No
      Enable full C99 math library support: Yes
      Enable C99 Floating-point environment: Yes
      Enable long double support: No
?General Library Settings:
      POSIX Threading support: Yes
      Use the older (stable) version of linuxthreads: Yes (but we really want NPTL though...)
?Network Support:
      Remote Procedure Call (RPC) support: Yes (for NFS)
      Full RPC support: Yes
      Reentrant RPC support: Yes
?String and Stdio Support
      ctype argument checking: Issue a diagnostic and abort()
！！提醒我自己注意以上参数根据自己版本实际更改。
第2点，配置uClibc结束。
第三步用crosstool-ng编译交叉编译器
unset LD_LIBRARY_PATH LIBRARY_PATH CPATH
export LD_LIBRARY_PATH LIBRARY_PATH CPATH
./ct-ng build
如果能走过这步则返回第2点继续，如出现error则要根据实际情况来判断如何解决问题使操作正常完成。
这三步运行顺序是第一步，第1点，第三步，第2点，第三步。
第一章结束。
 

第二章 用EDK10.1SP3创建工程，搭出硬件平台
硬件设备：XUP Virtex-II PRO evaluation board，一256M内存条，一CF卡（兼容Flash），键鼠，USB下载线或自制JTAG下载线，电源，VGA插口显示器一台备用，串口线调试用，PC机。
软件设备：Xilinx 10Designsuit，sp3的补丁放在项目工程路径下，该文件在xilinx公网上下载，地址：http://www.xilinx.com/univ/XUPV2P/lib/lib_xupv2p_edk_10_1_sp3.zip。切记，XUP光盘包带自带的IP核在没有打sp3补丁的xilinx10下无法识别，该光盘只适用于EDK8.2。另，如在Windows操作系统下，需使用GIT下载工具下载device-tree，地址是：git://git.xilinx.com/device-tree.git
下面一步步介绍如何用EDK搭硬件平台。高手请略过，写给入门者看的。
1.打开EDK

2.选择Base system Builder wizard，点ok

3.选择项目工程保存路径

4.挑上复选框的勾，并将外部存储路径设置为sp补丁包的lib文件夹，如图，点OK。

5.选择I would like to creat a new design，不上图了，Next。
6.按图配置，不解释了，Next。

7.点击Next，按照默认，配置PowerPC。
8.如图配置，处理器设置为200M，使能Cashe。点Next。

9.按照红框配置，设置外部中断。继续Next。

10.一路Next，直到遇到配置Cashe，如图所示。Next。

11.继续一路Next，直到Generate，下图是我的配置信息，点击Generate，然后Finish。

12.OK！顺利的话能看到以下架构：

13.在Bus Interface中双击Ethernet_MAC，如下图按照红框配置乒乓Buffer。点OK。

14.完成后编译项目，在菜单栏上依次点击DeviceConfig-->UpdateBitstream。根据提示修正错误，例如，提示ERROR:MDT - issued from TCL procedure "check_partno" line 21
    DDR_SDRAM (mpmc) -
    The parameter C_MEM_PARTNO=KVR266X64C25/256 is not found in the memory
   database.
这时候重新配置一遍DDR就行了。找一个和自己内存条一样配置的就行，例如我的是MT46V16M16-6T。设置完成编译时候又遇到新问题：ERROR:MDT - IPNAME:xps_ethernetlite INSTANCE:ethernet_mac ……该问题是因xps_ethernetlite_v2_1_0.bbd文件没包含v2p。这个问题我的解决方案是在文件中添加一条支持V2p的信息，该bbd文件位置在：
$Xilinx\EDK\hw\XilinxProcessorIP\Lib\pcores\xps_ethernetlite_v2_00_a\data
然后继续updatebitstream。通过编译，开始综合了。综合的时候会遇到各种各样的问题，我就遇到了system.ucf不能写的问题，我是用修改权限解决此问题，找到了该文件，右键属性，在安全tab中添加everyone属性，并“完全控制”。并且已经在环境变量中添加变量CYGWIN=nontsec ，如未添加则添加后重新打开EDK。OK,最终通过了生成bit文件，Done!当然中间提示了些warning，说是DDR某些管脚悬空。
第二章结束

第三章 用EDK生成device-tree和device-tree generator
步骤如下：
1.用Windows的同仁在http://code.google.com/p/msysgit/downloads/list下载一个git安装文件，安装完成后运行bin下的git命令：git clone git://git.xilinx.com/device-tree.git
如果服务器up的话就会顺利的down到一个device-tree的文件夹，里边有个bsp文件夹，把他整个拷到项目工作路径根目录中。如果连不上git.xilinx.com到xilinx官方网络提问题，由服务器的系统管理员为你解决。
2.回到EDK的工程中来，在生成device-tree之前先跑一遍自测试memory，一般显示通过，接着，重新配置EDK使之生成linux device-tree。点击Software-->Software Platform Settings...在弹出的选项框中设置OS为device-tree。如果这时没有device-tree就要确认是不是把正确的bsp文件夹放在正确的工程路径中。成功的话如下图所示，然后点击OK。
 
3.在左边一列中选择OS and Libraies 并将新选框中的console device设置成你UART的名称并把bootargs的值由ttyS0改为console=ttyUL0。如下图所示，点击OK。

4.可以生成device-tree了，点击Software-->Generate Libraries and BSPs待到console Window出现：LibGen Done. Done!的时候在工作路径下EDK会创建xilinx.dts，该文件在我的工作路径下是：D:\my_program\my_edk\20100124-v2pro-linux-edk\ppc405_0\libsrc\device-tree_v0_00\xilinx.dts
该文件用于下一章的编译linux。
第三章结束

第四章 编译Linux内核
这一章通过五步轻松搞定：
1.准备文件
2.编译配置linux
3.通过XMD跑linux
4.通过ACE跑linux
下面进行说明：
1.准备文件
    1）Linux Kernel
     可以有几种办法得到linux kernel。推荐用git.xilinx.com上的linux-2.6-xlnx。命令：
git clone git://git.xilinx.com/linux-2.6-xlnx.git这样你有了个linux-2.6-xlnx文件夹,大概700多M。并将整个文件夹拷到第一章安装交叉编译工具的linux PC机。
     2）修改linux kernel 中有关boot loader 的文件
    文件路径：linux-2.6-xlnx\arch\powerpc\boot\wrapper 用户vim或其他工具打开wrapper这个文件，搜索第一个link_address='0x400000'，把他改为link_address='0x800000'否则可能会出现如下错误：
zImage starting: loaded at 0x00400000 (sp: 0x0061deb0)
Allocating 0x48505c bytes for kernel ...
Insufficient memory for kernel at address 0! (_start=00400000, uncompressed size="00405128")
2.编译linux
       1）先设置环境变量：
export ARCH="powerpc"
export CROSS_COMPILE=powerpc-405-linux-gnu-
export PATH=%%交叉编译工具路径%%/crosstool-ng-1.3.2/powerpc-405-linux-gnu/bin:$PATH
    测试环境变量设置正确与否：新开终端运行powerpc-405-linux-gnu-gcc
    应该看到以下信息：powerpc-405-linux-gnu-gcc: no input files
       2）配置linux：
    运行make menuconfig，按照下面配置单配置：
?Processor support
    Processor Type: AMCC 40x
?Platform support:
    Walnut: No
  Generic Xilinx Virtex board: Yes
?Kernel options:
    Time frequency: 250 HZ (该值可以根据需要调整)
?Bus options:
    PCI support: No
    PCCard (PCMCIA/CardBus) support: No
?Networking support:
    Networking options:
        IP: kernel level autoconfiguration: Yes (to enable NFS root)
?Device Drivers:
    Block devices:
        Xilinx SystemACE support: No (暂时这么设，以后回来设成Yes)
    Network device support:
        Ethernet (10 or 100Mbit)
            Xilinx 10/100 OPB EMACLITE support: Yes
        Ethernet (1000Mbit)
            Xilinx LLTEMAC 10/100/1000 Ethernet MAC driver: Yes
            Xilinx LLTEMAC PHY Support: TODO: GMII or MII? (for ML403)
    Character devices:
        Serial drivers:
            Xilinx uartlite serial port support: Yes
            Support for console on Xilinx uartlite serial port: Yes
    GPIO Support:
        Xilinx GPIO support: Yes
?Filesystems:
    Second extended fs support: Yes
        Ext2 execute in place support: Yes (高级选项，用google搜索“execute in place”或者“XIP”)
    Network File Systems:
        NFS client support: Yes (开启NFS root)
        Root file system on NFS: Yes (开启这个选项需要开启“Networking options”中的“IP: kernel level autoconfiguration”)
配置完成，配置后生成".config"文件，建议备份好此文件，以便以后修改配置。仅需要把备份的文件覆盖原.config文件，并make oldconfig即可。
        3）拷贝EDK生成的Device-tree
   该文件是xilinx.dts，上一章最后提到的文件。将它拷贝到linux-2.6-xlnx\arch\powerpc\boot\dts中，并改名为：virtex405-xxx.dts，其中xxx可随意命名，本版定为virtex405-mine.dts。
        4）开始执行编译linux命令
    nice make -j 4 simpleImage.virtex405-mine，该命令是开始编译内核并且将进程的优先级提高。执行完该命令后会有一个后缀为ELF的可执行文件。路径为：
linux-2.6-xlnx\arch\powerpc\boot\simpleImage.virtex405-mine.elf
该文件可以通过CompactFlash+SystemACE用XMD下载到FPGA中。
3.通过XMD跑linux
顺序如下：1）将elf文件拷到装有EDK的电脑上，并将该电脑连接到V2P，至于用JTAG连接还是usb连接都可以。2）启动EDK，打开第二章创建的工程，该工程已生成bit文件待下载。3）下载该文件到V2P开发板上。4）点击Debug-->Launch XMD打开调试工具后再在XMD中找到第1步拷来的elf文件，并down到FPGA上去，命令如下：
XMD% cd x:\xxxxxxx\xxxx\xxxx\linux-2.6-xlnx
XMD% cd arch/powerpc/boot
XMD% dow simpleImage.virtex405-mine.elf
XMD% run
    成功的话能在XMD中看到启动信息。
4.通过ACE跑linux
    这个先只写流程：1）用XMD创建ACE文件，2）格式化CF卡，3）拷入ACE文件。具体暂时不写了。
第四章结束

第五章编译文件系统
本章解释如何创建最简单的initramfs和initrd，他们只包含两个文件：
/dev/console
         必须的路径，作用是使屏幕显示字符。
init
         在上电启动之后启动linux的和执行程序。
通常的initramfs或initrd比这里用的复杂多了，这里只是用最小的系统。
initramfs和initrd提供了根文件系统，对于嵌入式系统，只要读取initramfs或initrd就达到目标了。有一件事情必须注意：initramfs和基于initrd的文件系统不稳定，只要重启，你对文件系统做的任何修改都将丢失。在linux2.6内核中已经加入了initramfs，他和initrd相比有两个特点：
1）尤其对于嵌入式系统来说，他让内核启动更有效率。initramfs不是基于基本文件系统，而initrd必须基于如ext2的文件系统，initramfs能旁路这些间接层。initramfs可以使文件奇迹般的存在于没有任何基本文件系统的linux虚拟内存子系统中。
2）具有将linux内核空间的特点移动到用户空间中的潜在能力，并且它能更灵活的发现和挂载根文件系统。
创建initramfs和initrd的主要差别：
           镜像类型      初始化地址        编译镜像的工具
            initramfs      /init                     cpio -H newc -o
            initrd            /sbin/init             mkcramfs,genext2fs等
接着，在交叉编译环境下编译一个C代码，假设让他print一句话。命令：
    gcc -static myinit.c -o myinit
现在介绍用initramfs：
1.内核配置：设置initramfs的源文件以明确配置内核。（initramfs.cpio）
2.建立一个initramfs文件夹，拷贝已经编译的myinit工程到initramfs文件夹并重命名为init，用假超级用户权限创建CPIO档案文件，下面命令中newc意思是一种便携格式，cpio的消息页。
mkdir initramfs
cp myinit initramfs/init
cd initramfs
fakeroot
mkdir -p dev
mknod dev/console c 5 1
chown root init
find . | cpio -H newc -o > ../initramfs.cpio
exit
cd ..
3.最后拷贝CPIO归档文件到编译内核路径中，并编译
cp initramfs.cpio .........
nice make -j 4 simpleImage.virtex405-mine
4.同上一章，当down到板上后会有C程序的输出。
第五章结束


总述：一切只是理论，借助这次大赛我帮我整理了思路，感觉文件系统这块确实不简单，要搭出能用ACE的，VGA的，PS2的，能插串口盘的xilinx V2p板上嵌入式linux系统仅仅靠这篇博客是无法完成的，还需要多多学习。开学在到实验室跑下整个流程，希望能顺利通过。如果哪位哥们已经跑通了还麻烦多多指导！