本教程在 Ubuntu22.04.1 虛擬機中安裝了 Xilinx 2024.1 的開發環境，基于該環境從源碼編譯 PYNQ 3.1.2 工程，生成能夠在 ALINX AXU15EGB 開發板上運行的 PYNQ 系統鏡像。

Zynq US+ MPSoC AI SFP+ 10G 光纖 FPGA 開發板AXU15EGB

AXU15EGB 開發板：

www.alinx.com/detail/261

資源鏈接：
https://pan.baidu.com/s/1jafq5tUB4O_ojCQFZNzWTA提取碼:73c8

環境配置

提示：
ubuntu、vitis 和 vivado 安裝的部分可以參考 ALINX 的教程文檔《course_s0_Xilinx開發環境安裝教程》，雖然版本不一樣，但流程基本不變；安裝 2024.1 版本的 petalinux 則需要參照本教程，petalinux 的依賴庫和舊版本稍有區別。

ubuntu22.04.1 安裝

1. 在 vmware 中安裝 ubuntu22.04.1，可以使用資源鏈接中提供的 ubuntu-22.04.1-desktop-amd64.iso 鏡像文件，安裝過程比較簡單，使用 vmware 的創建虛擬機流程安裝即可。（vmware 軟件建議使用較新的版本，本教程中使用的是 vmware16）

需要注意的是分配給虛擬機的資源，本教程中虛擬機資源配置如圖所示。其中處理器 8 個，分配內存建議至少 16GB，硬盤存儲至少 500GB。主機如果是網線直連，網絡適配器就配置為橋接模式，如果是使用 wifi，就配置為 NAT 模式。（請根據自身主機的配置合理分配資源。主機留給自身的內存太少會導致主機系統卡頓甚至卡死）

進入 ubuntu22.04.1 系統，打開 Software & Updates，切換軟件源為阿里云的軟件源

選擇 Updates，將更新自檢改為 Never，為了保證環境穩定，我們不會更新系統版本。（如果系統主動彈出更新提示的窗口，建議也不要更新，直接關閉窗口）

打開一個命令行終端，輸入命令，選擇“No”，回車確認。這一步是將 ubuntu 默認的 shell 從 dash 改為 bash

sudo dpkg-reconfigure dash

在 ubuntu 的 Settings 中，選擇 Privacy->Screen，將鎖屏時間取消

Petalinux 2024.1安裝

在 ubuntu 中打開一個命令行終端，輸入命令，更新軟件源

sudo apt-get update

輸入命令，安裝 petalinux 的依賴項

sudo apt-get install iproute2 gawk python3 python2 build-essential gcc git make net-tools libncurses5-dev tftpd zlib1g-dev libssl-dev flex bison libselinux1 gnupg wget git-core diffstat chrpath socat xterm autoconf libtool tar unzip texinfo zlib1g-dev gcc-multilib automake zlib1g:i386 screen pax gzip cpio python3-pip python3-pexpect xz-utils debianutils iputils-ping python3-git python3-jinja2 libegl1-mesa libsdl1.2-dev pylint

輸入命令，準備 petalinux 的安裝目錄（注意，這里的 alinx 需要替換成自己的用戶名）

sudo mkdir -p /opt/pkg/petalinux sudo chown alinx:alinx /opt/pkg/petalinux

將資源鏈接提供的 petalinux2024.1 安裝包拷貝到 ubuntu 中，本教程拷貝到 Downloads 目錄下

在 Downloads 目錄下打開終端，輸入如下命令，安裝 petalinux。此時會出現讓你查看協議的提示，按回車查看協議內容，按 q 退出協議內容，按 y 同意協議內容

chmod 755 ./petalinux-v2024.1-05202009-installer.run ./petalinux-v2024.1-05202009-installer.run -d /opt/pkg/petalinux/

安裝完成后，在當前終端輸入命令，測試 petalinux 環境變量配置（注意，環境變量配置只在當前終端中生效，如果打開另一個終端，需要重新配置 petalinux 環境變量）

source /opt/pkg/petalinux/settings.sh

Vivado 和 Vitis 2024.1 安裝

在 ubuntu 中解壓資源鏈接提供的 vitis 的安裝壓縮包

進入解壓后的目錄，打開終端，輸入命令，運行依賴庫檢測腳本

sudo ./installLibs.sh

輸入命令，添加執行權限，運行安裝程序

sudo chmod +x xsetup

安裝完成后，輸入命令，修改安裝目錄的權限

sudo chmod 777 -R /tools/Xilinx/

輸入命令，配置 vivado 環境變量，并打開 vivado（vivado 環境變量配置也僅在當前終端中生效）

source /tools/Xilinx/Vivado/2024.1/settings64.sh vivado&

軟件啟動后，在“Help → Manage license…”中添加 license 文件

輸入命令，安裝下載器驅動

cd /tools/Xilinx/Vivado/2024.1/data/xicom/cable_drivers/lin64/install_script/install_drivers/ sudo ./install_drivers

Vivado 工程參照 ALINX 教程文檔 course_s2_ALINX_ZYNQ_MPSoC 開發平臺 Vitis 應用教程“第一章 體驗 ARM，裸機輸出Hello World”中搭建 vivado 工程的部分，搭建基礎的 ps_hello vivado 工程，ZYNQ Processor IP 配置已在該章節詳述。完善介紹其余部分配置介紹：

啟用 PL Fabric Clocks 勾選，這里預設置四個時鐘頻率。

Slave Interface 配置
在 PS-PL Configuration 窗口，配置 AXI HP, 勾選 AXI HP0 FPD 和 AXI HP1 FPD 設置數據位寬為 128，外連到 AXI_Interconnect_1 的 Master AXI port 以此數據位寬越大越好。

Master Interface 配置
同樣在該窗口勾選 AXI HPM0 LPD 并配置數據位寬為 32

Interrupts 配置
在中斷欄里啟用中斷請求 IRQ0, IRQ1。

其端口位寬自動是 7 也與外連端口自適應，中斷敏感是上升沿。預留終端請求 0，連接 1。

GPIO EMIO 配置
在 I/O 配置欄中勾選 GPIO EMIO, MPSoC 器件最大可選 95。

將 I2C 1 設置成 EMIO 用于連接攝像頭

同樣勾選 UART 1 設置成 emio 類型導出引腳連接 PL 側 UART

ALINX 向廣大用戶提供文檔時也將出廠測試的 Vivado 工程及鏡像。這篇文檔是基于此工程實現，接下來介紹工程實現。

總覽：工程內基于 AXU15EGB 外設接口應用眾多 AMD IP 以及 ALINX IP 實現檢測辦法。

添加 MIPI CSI-2 Rx subsystem 模塊，用于 MIPI 數據的接收和解析，轉成 axi-stream 接口。配置如下，數據格式選擇 YUV422, 選擇 2 lane，Line Rate 配置為 1000Mbps，指的是最大支持的速率，也可以根據自己的需求填寫，范圍為 80-2500；Pixels Per Clock 默認配置為 1，表示 1 個周期為 1 個像素；這里配置為 2。

Shared Logic 選擇“include Shared Logic in core”

Pin Assignment 根據原理圖按照以下配置。

添加 subset 模塊
調整圖像數據順序，因為經過實際操作發現，圖像的 YUV 數據順序需要調整。

添加 Video Processing Subsystem 模塊
Sample Per Clock設置 2，Maximum Data Width：8；Maximum Number of Pixels:1920；Maximum Number of lines: 1080 再選擇Color Space Conversion Only 并勾選 RGB | YUV 4:4:4 | YUV 4:2:2

添加 Video Frame Buffer Write 模塊
這個 IP 類似于 VDMA IP, 將流接口轉成 AXI, 按照如下配置。

添加 AXI_Ethernet 模塊
在 Physical Interface 欄勾選 1Gbps，Physical Interface Selection 選 RGMII

Mac Features 里選擇 4k

添加兩個 AXI_UART16550 模塊
PL 系統時鐘是 200MHz

導出引腳，外接兩個 RS485 外設。

添加后續幾個 AXI_GPIO 模塊控制 PL 端按鍵和 LED

Extender 模塊是 ALINX 的檢測 FMC 以及 40 pin 擴展口上引腳的代碼模塊，這里的 17 對引腳是 40pin 擴展口上引腳兩兩環通做測試，需要用到 ALINX 內部測試模塊。

最后使用 AXI_Interconnect 模塊將以上 16 個 AXI 模塊連線。

（注意：ps_hello 工程中不涉及到 ps 和 pl 部分交互的接口，例如 hp 口，如果后續要在 pynq 系統中使用這部分接口，需要在這一步就將這些接口使能。移植完成的 pynq 系統中 ps 部分開放的接口和參數都是固定的，雖然基于 pynq 系統，可以任意重新配置 pl 部分，但 pl 能夠和 ps 部分連接的接口在這一步就已經固定了。）

編譯 vivado 工程，因為涉及 PL 側部分導出包含 bit 流的 xsa

petalinux 工程

這部分可參考 ALINX 教程：
《course_s3_ALINX_ZYNQ_MPSoC 開發平臺Linux 基礎教程》“第一章 使用 Petalinux 定制 Linux 系統” 和 “第八章 SD 卡根文件系統”

使用上一章節導出的 xsa 搭建 petalinux 工程

設置離線編譯和 sd 卡根文件系統

在設備樹文件 system-user.dtsi 中修改成如下所示

/include/ "system-conf.dtsi" / { clock_ref_pcie:clk100 { compatible = "fixed-clock"; #clock-cells = ; clock-frequency = ; }; clock_ref_usb0:clk26 { compatible = "fixed-clock"; #clock-cells = ; clock-frequency = ; }; clock_ref_dp:clk27 { compatible = "fixed-clock"; #clock-cells = ; clock-frequency = ; }; }; &psgtr { /* nc, sata, usb3, dp */ clocks = , , ; clock-names = "ref0", "ref1", "ref2"; }; &qspi { status = "okay"; flash0: flash@0 { #address-cells = ; #size-cells = ; compatible ="jedec,spi-nor"; reg= ; partition@0 { label = "qspi-0"; reg = ; }; /delete-node/ partition@1; /delete-node/ partition@2; }; }; /* SD */ &sdhci1 { disable-wp; no-1-8-v; }; /* USB */ &dwc3_0 { status = "okay"; dr_mode = "host"; };

如果要用到 ps 部分的 m.2 接口，測試 ssd 固態硬盤，可以輸入命令打開內核配置界面，在 Device Drivers ---> NVME Support --->路徑下，按 y 使能 nvme 驅動<*> NVM Express block device 后，保存配置并退出

petalinux-config -c kernel

編譯 petalinux 工程，生成 linux 鏡像文件（BOOT.bin、boot.scr、image.ub、rootfs.tar.gz）

制作啟動系統的 sd 卡，連接板卡的 ps 網口、dp 接口。板卡插上 u 盤、ssd 固態硬盤，uart 接口連接到主機，主機上打開串口終端。

板卡上電，串口終端打印啟動信息，啟動信息打印完成會提示輸入用戶名

2024.1 版本的 petalinux 系統默認用戶名是 petalinux，初次登錄會提示設置密碼

測試功能接口
測試 ps 網口：如果網口是連接到支持 dhcp 服務的接口或者路由器，使用 ifconfig 命令可以查看到自動分配的 ip 地址，可以使用 ping 命令實際測試一下

測試 dp 接口：由于沒有配置桌面環境，dp 接口連接到的顯示器會顯示另一個終端界面信息

測試 usb 接口：輸入命令“ dmesg |grep usb ”，可以看到識別到了對應的 usb 設備，如圖可以看到我插入的金士頓的 u 盤設備

測試 m.2 接口：輸入命令“ ls /dev/nvme* ”，如果存在 nvme0，則說明識別到 ssd 設備

確認 petalinux 工程生成的系統 ps 部分的功能正常后，我們需要生成 bsp 包

由于 2024.1 版本的 petalinux 工具存在的一些 bug，似乎會將工作目錄錯誤定位到系統根目錄，該版本直接打包 bsp 會出現如下報錯

一種解決方法是，在 ubuntu 的根目錄下創建一個 build 目錄并添加訪問權限，用于通過 bsp 打包的過程檢測，最終打包文件不受影響

sudo mkdir -p /build sudo chmod 777 /build

sudo mkdir -p /build最后成功打包生成 bsp

pynq 工程
在 home 目錄下打開終端，輸入命令，創建 pynq 的工作目錄

mkdir -p /home/alinx/Projects/pynq

輸入命令，切換到工作目錄，下載 pynq 工程

cd /home/alinx/Projects/pynq git clone https://github.com/Xilinx/PYNQ.git

輸入命令，運行 pynq 的環境配置腳本（該腳本只需要執行一次）

cd /home/alinx/Projects/pynq/PYNQ/sdbuild/scripts ./setup_host.sh

在 /home/alinx/Projects/pynq/PYNQ/boards 目錄下創建一個新目錄 AXU15EGB，用于存放對應開發板的配置文件，將之前 petalinux 工程生成的 petalinux.bsp 文件拷貝到該目錄下

輸入命令，創建并打開一個配置文件 AXU15EGB.spec

touch AXU15EGB.spec gedit AXU15EGB.spec

touch AXU15EGB.spec修改 AXU15EGB.spec 文件內容如下

ARCH_AXU15EGB := aarch64 BSP_AXU15EGB := petalinux.bsp #BITSTREAM_AXU15EGB := base/base.bit FPGA_MANAGER_AXU15EGB := 1 STAGE4_PACKAGES_AXU15EGB := xrt pynq ethernet pynq_peripherals

由于 AXU15EGB 板卡上 mmc0 設備對應的是 emmc，mmc1 對應的是 sd 卡

我們現在需要使用 sd 卡啟動，所以需要將 /PYNQ/sdbuild/boot/meta-pynq/recipes-bsp/device-tree/files/pynq_bootargs.dtsi 文件中的 mmcblk0p2 改為 mmcblk1p2

將資源鏈接提供的三個預編譯文件拷貝到 /PYNQ/sdbuild/prebuilt 目錄下

輸入命令，切換到 sdbuild 目錄，配置 vitis 和 petalinux 的環境變量，編譯 pynq 工程，編譯過程中會有幾次需要輸入用戶密碼。（工程編譯時間較長，編譯時會從 github 上下載一些資源，如果網絡穩定性較差，編譯可能會失敗）

cd /home/alinx/Projects/pynq/PYNQ/sdbuild source /opt/pkg/petalinux/settings.sh source /tools/Xilinx/Vitis/2024.1/settings64.sh make BOARDS=AXU3EGB

如果是網絡問題導致的編譯失敗，比如訪問 github 下載某些資源失敗，可以重新輸入“ make BOARDS=AXU15EGB ”編譯

如果是其他報錯，可以考慮輸入命令“ make clean ”清除編譯結果，然后重新編譯工程

編譯成功后會在 /PYNQ/sdbuild/output 目錄下生成對應板卡型號的 img 鏡像文件

運行測試

將鏡像文件燒寫到 sd 卡

燒寫后的 sd 卡在 ubuntu 中可以看到兩個分區，PYNQ 分區存放啟動鏡像，root 分區存放根文件系統，其中 root 分區由于是 EXT4 格式，在 windows 下一般是看不到的。

在 root 分區的 /usr/local/bin/ 目錄下有一個 resizefs.sh 腳本，這個腳本會在系統初次啟動時被執行，用于將 root 分區擴容到當前存儲設備容量上限

在該目錄下打開終端，輸入命令，以 root 權限編輯文件，將里面的 mmcblk0 修改為 mmcblk1，保存文件并退出

sudo gedit resizefs.sh

開發板接上 dp 接口，ps 網口，uart 接口，插入 sd 卡，上電啟動

此時串口終端會打印啟動信息，完成啟動后會自動登錄（用戶名和密碼都是xilinx）

在串口終端中輸入 ifconfig，確定 ps 網口分配到的 ip 地址，并確保主機和開發板能夠雙向 ping 通

在主機中打開瀏覽器，在網址欄輸入：開發板 ip 地址:9090 ，回車確認。輸入密碼：xilinx，點擊 Log in

此時會遠程連接開發板上運行的 pynq 系統，并進入 jupyter 界面

dma 環通讀寫測試

本節測試用例參考文檔

https://discuss.pynq.io/t/tutorial-pynq-dma-part-1-hardware-design/3133

https://discuss.pynq.io/t/tutorial-pynq-dma-part-2-using-the-dma-from-pynq/3134

搭建 AXU15EGB 的 dma 環通測試 vivado 工程，具體可以參考資源鏈接提供的 dma_test vivado 工程

在 sd 卡 root 分區 /home/xilinx/jupyter_notebooks 目錄下創建一個 testfile 目錄

將 vivado 工程 /dma_test/dma_test.runs/impl_1 目錄下的 design_1_wrapper.bit 文件和 /dma_test/dma_test.gen/sources_1/bd/design_1/hw_handoff 目錄下的 design_1.hwh 文件拷貝到 testfile 目錄下，將 design_1.hwh 文件改名為 design_1_wrapper.hwh，和 bit 文件保持一致

將資源鏈接提供的測試程序 dma_test.ipynb 拷貝到 testfile 目錄下

sd 卡插到板卡中，上電啟動，查看 ip 地址。主機通過瀏覽器遠程登錄 pynq 系統，可以看到我們創建的 testfile 目錄

點擊 testfile 目錄下的 dma_test.ipynb 程序，進入程序編寫和執行界面

鼠標選中第一段程序，然后點擊“運行”，這一段程序的功能是重新加載 bit 流，然后輸出新 bit 流中各 ip 的配置狀況，可以看到 dma 測試工程中的 axi_dma ip 的配置

當第 1 段執行完成，選中框會自動移動到下一段，我們可以多次點擊運行，逐步執行程序

第 2 段是查詢 axi_dma ip 是否存在，如果存在則輸出它的幫助信息

第 3 段創建兩個 dma 收發通道實例

第 4、5、6 段申請一段內存地址 input_buffer，并填充數據

第 7 段開始 dma 傳輸，第 8 段先申請一段內存地址 output_buffer 并打印其中部分數據，第 9、10 段接收 dma 傳輸過來的數據，并打印部分數據，可以看到和發送的數據一致。

資源鏈接
百度網盤：
https://pan.baidu.com/s/1J1KnN_z404Skze42CUj7gQ
提取碼: in8s