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本教程在 Ubuntu22.04.1 虛擬機中安裝了 Xilinx 2024.1 的開發(fā)環(huán)境，基于該環(huán)境從源碼編譯 PYNQ 3.1.2 工程，生成能夠在 ALINX AXU15EGB 開發(fā)板上運行的 PYNQ 系統(tǒng)鏡像。

Zynq US+ MPSoC AI SFP+ 10G 光纖 FPGA 開發(fā)板AXU15EGB

AXU15EGB 開發(fā)板：

www.alinx.com/detail/261

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

環(huán)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(fā)環(huán)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(qū)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(chuàng)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(nèi)存建議至少 16GB，硬盤存儲至少 500GB。主機如果是網(wǎng)線直連，網(wǎng)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(jù)自身主機的配置合理分配資源。主機留給自身的內(nèi)存太少會導致主機系統(tǒng)卡頓甚至卡死）

進入 ubuntu22.04.1 系統(tǒng)，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(huán)境穩(wěn)定，我們不會更新系統(tǒng)版本。（如果系統(tǒng)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(xiàn)讓你查看協(xié)議的提示，按回車查看協(xié)議內(nèi)容，按 q 退出協(xié)議內(nèi)容，按 y 同意協(xié)議內(nèi)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(huán)境變量配置（注意，環(huán)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(huán)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(zhí)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(huán)境變量，并打開 vivado（vivado 環(huán)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(qū)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(fā)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(jié)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(shù)據(jù)位寬為 128，外連到 AXI_Interconnect_1 的 Master AXI port 以此數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xiàn)，接下來介紹工程實現(xiàn)。

總覽：工程內(nèi)基于 AXU15EGB 外設接口應用眾多 AMD IP 以及 ALINX IP 實現(xiàn)檢測辦法。

添加 MIPI CSI-2 Rx subsystem 模塊，用于 MIPI 數(shù)據(jù)的接收和解析，轉(zhuǎn)成 axi-stream 接口。配置如下，數(shù)據(jù)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(jù)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(jù)原理圖按照以下配置。

添加 subset 模塊
調(diào)整圖像數(shù)據(jù)順序，因為經(jīng)過實際操作發(fā)現(xiàn)，圖像的 YUV 數(shù)據(jù)順序需要調(diào)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(zhuǎn)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(tǒng)時鐘是 200MHz

導出引腳，外接兩個 RS485 外設。

添加后續(xù)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(huán)通做測試，需要用到 ALINX 內(nèi)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(xù)要在 pynq 系統(tǒng)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(tǒng)中 ps 部分開放的接口和參數(shù)都是固定的，雖然基于 pynq 系統(tǒng)，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(jīng)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(fā)平臺Linux 基礎教程》“第一章使用 Petalinux 定制 Linux 系統(tǒng)” 和 “第八章 SD 卡根文件系統(tǒng)”

使用上一章節(jié)導出的 xsa 搭建 petalinux 工程

設置離線編譯和 sd 卡根文件系統(tǒng)

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(tài)硬盤，可以輸入命令打開內(nèi)核配置界面，在 Device Drivers ---> NVME Support --->路徑下，按 y 使能 nvme 驅(qū)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(tǒng)的 sd 卡，連接板卡的 ps 網(wǎng)口、dp 接口。板卡插上 u 盤、ssd 固態(tài)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(tǒng)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(wǎng)口：如果網(wǎng)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(huán)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(tǒng) 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(tǒng)根目錄，該版本直接打包 bsp 會出現(xiàn)如下報錯

一種解決方法是，在 ubuntu 的根目錄下創(chuàng)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(chuàng)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(huán)境配置腳本（該腳本只需要執(zhí)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(chuàng)建一個新目錄 AXU15EGB，用于存放對應開發(fā)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(chuàng)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(nèi)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(xiàn)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(huán)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(wǎng)絡穩(wěn)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(wǎng)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(qū)，PYNQ 分區(qū)存放啟動鏡像，root 分區(qū)存放根文件系統(tǒng)，其中 root 分區(qū)由于是 EXT4 格式，在 windows 下一般是看不到的。

在 root 分區(qū)的 /usr/local/bin/ 目錄下有一個 resizefs.sh 腳本，這個腳本會在系統(tǒng)初次啟動時被執(zhí)行，用于將 root 分區(qū)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(fā)板接上 dp 接口，ps 網(wǎng)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(wǎng)口分配到的 ip 地址，并確保主機和開發(fā)板能夠雙向 ping 通

在主機中打開瀏覽器，在網(wǎng)址欄輸入：開發(fā)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(fā)板上運行的 pynq 系統(tǒng)，并進入 jupyter 界面

dma 環(huán)通讀寫測試

本節(jié)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(huán)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(qū) /home/xilinx/jupyter_notebooks 目錄下創(chuàng)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