【工程師分享】整合Xilinx PetaLinux工程編譯和Open Source U- Boot/Linux編譯

PetaLinux是Xilinx基于Yocto推出的Linux開發工具。Yocto是業界主流的Linux發行版的構建工具，它不僅可以從源代碼編譯Linux 內核，還可以編譯Linux發行版必須的數以千計的的應用程序，功能非常強大。Yocto的出現，大幅度降低了構建嵌入式Linux發行版的難度。

萬物總有兩面性。雖然PetaLinux/Yocto可以一鍵編譯出一個自定義的嵌入式Linux發行版，但是編譯整個文件系統很耗費時間。完整的一次PetaLinux/Yocto編譯，可能需要從網絡下載上GB的文件，可能需要幾個小時。即使只更改一行代碼，也需要數分鐘時間。

PetaLinux/Yocto的編譯流程，也和很多開發人員原來的基于make的工作方法不一樣，它會分析文件系統里所有應用程序的配置文件，執行下載、配置、編譯、打包等過程。

如果在調試單板時，僅僅改動一行代碼，也需要執行這些操作，顯得冗余，也影響開發效率。

為了適應開發人員的工作習慣，也為了提高速度，可以整合PetaLinux工程編譯和OpenSource U-Boot/Linux編譯。

對于PetaLinux的安裝，請參考Xilinx文檔， UG1144 PetaLinux Tools Reference Guide， 和 一鍵離線安裝PetaLinux依賴包：https://forums.xilinx.com/t5/%E5%B5%8C%E5%85%A5%E5%BC%8F%E8%BD%AF%E4%BB%B6%E5%BC%80%E5%8F%91/%E5%88%86%E4%BA%AB-%E4%B8%80%E9%94%AE%E7%A6%BB%E7%BA%BF%E5%AE%89%E8%A3%85PetaLinux%E4%BE%9D%E8%B5%96%E5%8C%85/td-p/1019995 

4.1. 下載SState cache

在Xilinx網站下載sstate cache，2019.1版的大小時32.84 GB。下載前，需要注冊Xilinx網站的帳號。

Xilinx下載網站嵌入式工具下載區：

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

登錄后，文件從類似于

https://www.xilinx.com/member/forms/download/xef.html?filename=sstate-rel-v2019.1.tar.gz的地址下載。 

下載后，解壓到本地，可以看到類似下面的目錄結構。

4.2. 設置SState cache

在PetaLinux工程目錄下執行命令petalinux-config，在菜單Yocto Settings->Local sstate feeds settings->local sstate feeds url設置本地SState cache的目錄。

對于ZynqMP，使用aarch64，比如/opt/Xilinx/peta/sstate-rel-v2019.1/aarch64。對于Zynq-7000，使用arm，比如/opt/Xilinx/peta/sstate-rel-v2019.1/arm。設置后，文件project-spec/configs/config會包含指定的目錄，比如下行：

對于sstate的使用，可以參考Xilinx下載網站嵌入式工具下載區的README for state-cache。

4.3. 利用離線下載文件

SState文件包里，還有很多常用軟件的壓縮包。

在project-spec/meta-user/conf/petalinuxbsp.conf里，添加如下內容，就可以重用這些文件。編譯過程需要的件，如果已經在其中，就不會再去網絡下載，而是直接創建連接到本地文件。

4.4. 重用下載文件

PetaLinux在編譯過程中下載所需要的文件，編譯結束后，目錄build/downloads/下含有很多下載的文件。

建議把這些文件拷貝到一個工程外的本地目錄，比如/opt/Xilinx/peta/downloads/。然后在project-spec/meta-user/conf/petalinuxbsp.conf里，添加如下內容，就可以重用這些文件。

后續編譯時，downloads目錄下的大部分文件都是鏈接。這時候，檢查新下載的文件，就很困難。可以使用命令“ls -l | grep -v ">" | grep -v done”排除鏈接和后綴為done的標志文件，從而只顯示新下載的文件。建議也把這些新下載的文件拷貝到上述本地目錄，方便以后編譯。

4.5. 離線編譯

如果確信所有軟件包都已經在本地，可以去掉網絡連接，執行離線編譯，會提高編譯速度。

在菜單Yocto Settings里，去掉“Enable Network sstate feeds”，選擇“Enable BB NO NETWORK”。

5.1. 保留Linux和UBoot源代碼

缺省情況下，PetaLinux在編譯完成后會刪除源代碼，以節省硬盤空間。在project-spec/meta-user/conf/petalinuxbsp.conf里，添加如下內容，可以保留Linux和UBoot源代碼。

5.2. 取得Linux源代碼

如果為Linux添加了上述RM_WORK_EXCLUDE字段，PetaLinux工程在編譯后，在build目錄下的某一級子目錄kernel-source，含有所有Linux源代碼。對于PetaLinux 2019.1的ZCU106 BSP工程，Linux源代碼在目錄 ./build/tmp/work-shared/zcu106-zynqmp/kernel-source/。可以復制這個目錄里的Linux源代碼，用來使用open source流程編譯。

PetaLinux工程在編譯后，在build目錄下的某一級子目錄kernel-build-artifacts保存了Linux的配置文件.config. 對于PetaLinux 2019.1的ZCU106 BSP工程，Linux的配置文件.config在./build/tmp/work-shared/zcu106-zynqmp/kernel-build-artifacts/。

為了方便使用，可以把文件.confi復制到Linux源代碼的子目錄arch/arm/configs/下，重命名為xilinx_peta_defconfig。這樣使用make xilinx_peta_defconfig，可以創建PetaLinux使用的Linux配置。

生成image.ub，需要一個后綴名為its的配置文件，來指定使用的設備樹文件、根文件系統文件、內核文件。its文件的相關信息，請參考蝸窩科技 u-boot FIT image介紹。在PetaLinux 2018.2/2018.3里，images/linux/下有文件rootfs.its。但是在PetaLinux 2019.1里，已經沒有這個文件。在build目錄下的文件fit-image-petalinux-user-image.its，也可以用于生成image.ub。對于PetaLinux 2019.1的ZCU106 BSP工程，它在目錄build/tmp/work/zcu106_zynqmp-xilinx-linux/linux-xlnx/4.19-xilinx-v2019.1+gitAUTOINC+9811303824-r0/linux-zcu106_zynqmp-standard-build/下。

fit-image-petalinux-user-image.its使用了build下的層次很深的子目錄來指定文件。為了方便，可以修改為使用images/linux下的文件。PetaLinux工程的目錄"images/linux/"里，含有創建image.ub的devicetree、rootfs文件等。

5.3. 取得UBoot源代碼

如果為UBoot添加了上述RM_WORK_EXCLUDE字段，PetaLinux工程在編譯后，在build目錄下的某一級子目錄u-boot-xlnx里的子目錄git，含有所有UBoot源代碼。對于PetaLinux 2019.1的ZCU106 BSP工程，UBoot源代碼在目錄 ./build/tmp/work/zcu106_zynqmp-xilinx-linux/u-boot-xlnx/v2019.01-xilinx-v2019.1+gitAUTOINC+d895ac5e94-r0/git/。如果使用了外部UBoot源代碼編譯，則沒有這個源代碼。可以復制前面提到的UBoot源代碼，用來使用open source流程編譯。

值得注意的是，從PetaLinux工程里得到的UBoot源代碼的include/configs/platform-auto.h文件里的宏定義里的連接符后有空格，導致編譯時編譯器會產生大量警告。建議修改platform-auto.h，消除編譯器警告。下面是修改之前的宏定義的一部分。

PetaLinux工程在編譯后，在build目錄下的某一級子目錄u-boot-xlnx里的子目錄build下，保存了Linux的配置文件.config. 對于PetaLinux 2019.1的ZCU106 BSP工程，UBoot的配置文件.config在./build/tmp/work/zcu106_zynqmp-xilinx-linux/u-boot-xlnx/v2019.01-xilinx-v2019.1+gitAUTOINC+d895ac5e94-r0/build/.config。

為了方便使用，可以把文件.confi復制到UBoot源代碼的子目錄configs下，重命名為xilinx_peta_defconfig。這樣使用make xilinx_peta_defconfig，可以創建PetaLinux使用的UBoot配置。

PetaLinux工程生成boot.bin時，會在build目錄下生成文件bootgen.bif。編譯UBoot后，需要創建boot.bin，也需要bootgen.bif，所以把bootgen.bif一起復制到UBoot源代碼目錄。bootgen.bif里用的是臨時目錄，最好改成PetaLinux工程的目錄"images/linux/". PetaLinux工程的目錄"images/linux/"里，含有創建boot.bin的pmu, fsbl, ATF的ELF文件。

5.4. Open Source 編譯Linux

取得Linux源代碼和配置后，可以在其中執行make，編譯Linux。注意，編譯前請導入PetaLinux環境變量，設置和導出ARCH為arm或者arm64；設置和導出CROSS_COMPILE，比如aarch64-linux-gnu-。編譯后得到vmlinux，還需要用下列命令，把它打包成image.ub。

5.5. Open Source編譯Linux時間

更改Xlnx_vcu.c, Xlnx_vcu_clk.c, Xlnx_vcu_core.c， 在它們的開始增加DEBUG宏定義，并增加兩個printk打印后，使用petalinux-build編譯，耗時337秒。同樣更改，使用外部Linux源代碼編譯，并創建image.ub，只耗時8秒鐘。

5.6. Open Source編譯UBoot

取得UBoot源代碼和配置后，可以在其中編譯UBoot，得到u-boot.elf。然后再使用下列命令創建boot.bin。

5.7. Open Source編譯UBoot時間

在PetaLinux里，編譯UBoot，并創建boot.bin，總共耗時84秒鐘。

在外部UBoot源代碼里，從頭編譯UBoot，并創建boot.bin，總共耗時26秒鐘。

所以從外部源代碼里編譯UBoot，速度快兩倍多。

通過整合PetaLinux工程編譯和Open Source U-Boot/Linux編譯，既適應開發人員的工作習慣，也提高了速度。