【工程师分享】整合Xilinx PetaLinux工程编译和Open Source U- Boot/Linux编译

PetaLinux是Xilinx基于Yocto推出的Linux开发工具。Yocto是业界主流的Linux发行版的构建工具，它不仅可以从源代码编译Linux 内核，还可以编译Linux发行版必须的数以千计的的应用程序，功能非常强大。Yocto的出现，大幅度降低了构建嵌入式Linux发行版的难度。

万物总有两面性。虽然PetaLinux/Yocto可以一键编译出一个自定义的嵌入式Linux发行版，但是编译整个文件系统很耗费时间。完整的一次PetaLinux/Yocto编译，可能需要从网络下载上GB的文件，可能需要几个小时。即使只更改一行代码，也需要数分钟时间。

PetaLinux/Yocto的编译流程，也和很多开发人员原来的基于make的工作方法不一样，它会分析文件系统里所有应用程序的配置文件，执行下载、配置、编译、打包等过程。

如果在调试单板时，仅仅改动一行代码，也需要执行这些操作，显得冗余，也影响开发效率。

为了适应开发人员的工作习惯，也为了提高速度，可以整合PetaLinux工程编译和OpenSource U-Boot/Linux编译。

对于PetaLinux的安装，请参考Xilinx文档， UG1144 PetaLinux Tools Reference Guide， 和 一键离线安装PetaLinux依赖包：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. 下载SState cache

在Xilinx网站下载sstate cache，2019.1版的大小时32.84 GB。下载前，需要注册Xilinx网站的帐号。

Xilinx下载网站嵌入式工具下载区：

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

登录后，文件从类似于

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

下载后，解压到本地，可以看到类似下面的目录结构。

4.2. 设置SState cache

在PetaLinux工程目录下执行命令petalinux-config，在菜单Yocto Settings->Local sstate feeds settings->local sstate feeds url设置本地SState cache的目录。

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

对于sstate的使用，可以参考Xilinx下载网站嵌入式工具下载区的README for state-cache。

4.3. 利用离线下载文件

SState文件包里，还有很多常用软件的压缩包。

在project-spec/meta-user/conf/petalinuxbsp.conf里，添加如下内容，就可以重用这些文件。编译过程需要的件，如果已经在其中，就不会再去网络下载，而是直接创建连接到本地文件。

4.4. 重用下载文件

PetaLinux在编译过程中下载所需要的文件，编译结束后，目录build/downloads/下含有很多下载的文件。

建议把这些文件拷贝到一个工程外的本地目录，比如/opt/Xilinx/peta/downloads/。然后在project-spec/meta-user/conf/petalinuxbsp.conf里，添加如下内容，就可以重用这些文件。

后续编译时，downloads目录下的大部分文件都是链接。这时候，检查新下载的文件，就很困难。可以使用命令“ls -l | grep -v ">" | grep -v done”排除链接和后缀为done的标志文件，从而只显示新下载的文件。建议也把这些新下载的文件拷贝到上述本地目录，方便以后编译。

4.5. 离线编译

如果确信所有软件包都已经在本地，可以去掉网络连接，执行离线编译，会提高编译速度。

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

5.1. 保留Linux和UBoot源代码

缺省情况下，PetaLinux在编译完成后会删除源代码，以节省硬盘空间。在project-spec/meta-user/conf/petalinuxbsp.conf里，添加如下内容，可以保留Linux和UBoot源代码。

5.2. 取得Linux源代码

如果为Linux添加了上述RM_WORK_EXCLUDE字段，PetaLinux工程在编译后，在build目录下的某一级子目录kernel-source，含有所有Linux源代码。对于PetaLinux 2019.1的ZCU106 BSP工程，Linux源代码在目录 ./build/tmp/work-shared/zcu106-zynqmp/kernel-source/。可以复制这个目录里的Linux源代码，用来使用open source流程编译。

PetaLinux工程在编译后，在build目录下的某一级子目录kernel-build-artifacts保存了Linux的配置文件.config. 对于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/。

为了方便使用，可以把文件.confi复制到Linux源代码的子目录arch/arm/configs/下，重命名为xilinx_peta_defconfig。这样使用make xilinx_peta_defconfig，可以创建PetaLinux使用的Linux配置。

生成image.ub，需要一个后缀名为its的配置文件，来指定使用的设备树文件、根文件系统文件、内核文件。its文件的相关信息，请参考蜗窝科技 u-boot FIT image介绍。在PetaLinux 2018.2/2018.3里，images/linux/下有文件rootfs.its。但是在PetaLinux 2019.1里，已经没有这个文件。在build目录下的文件fit-image-petalinux-user-image.its，也可以用于生成image.ub。对于PetaLinux 2019.1的ZCU106 BSP工程，它在目录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下的层次很深的子目录来指定文件。为了方便，可以修改为使用images/linux下的文件。PetaLinux工程的目录"images/linux/"里，含有创建image.ub的devicetree、rootfs文件等。

5.3. 取得UBoot源代码

如果为UBoot添加了上述RM_WORK_EXCLUDE字段，PetaLinux工程在编译后，在build目录下的某一级子目录u-boot-xlnx里的子目录git，含有所有UBoot源代码。对于PetaLinux 2019.1的ZCU106 BSP工程，UBoot源代码在目录 ./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源代码编译，则没有这个源代码。可以复制前面提到的UBoot源代码，用来使用open source流程编译。

值得注意的是，从PetaLinux工程里得到的UBoot源代码的include/configs/platform-auto.h文件里的宏定义里的连接符后有空格，导致编译时编译器会产生大量警告。建议修改platform-auto.h，消除编译器警告。下面是修改之前的宏定义的一部分。

PetaLinux工程在编译后，在build目录下的某一级子目录u-boot-xlnx里的子目录build下，保存了Linux的配置文件.config. 对于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。

为了方便使用，可以把文件.confi复制到UBoot源代码的子目录configs下，重命名为xilinx_peta_defconfig。这样使用make xilinx_peta_defconfig，可以创建PetaLinux使用的UBoot配置。

PetaLinux工程生成boot.bin时，会在build目录下生成文件bootgen.bif。编译UBoot后，需要创建boot.bin，也需要bootgen.bif，所以把bootgen.bif一起复制到UBoot源代码目录。bootgen.bif里用的是临时目录，最好改成PetaLinux工程的目录"images/linux/". PetaLinux工程的目录"images/linux/"里，含有创建boot.bin的pmu, fsbl, ATF的ELF文件。

5.4. Open Source 编译Linux

取得Linux源代码和配置后，可以在其中执行make，编译Linux。注意，编译前请导入PetaLinux环境变量，设置和导出ARCH为arm或者arm64；设置和导出CROSS_COMPILE，比如aarch64-linux-gnu-。编译后得到vmlinux，还需要用下列命令，把它打包成image.ub。

5.5. Open Source编译Linux时间

更改Xlnx_vcu.c, Xlnx_vcu_clk.c, Xlnx_vcu_core.c， 在它们的开始增加DEBUG宏定义，并增加两个printk打印后，使用petalinux-build编译，耗时337秒。同样更改，使用外部Linux源代码编译，并创建image.ub，只耗时8秒钟。

5.6. Open Source编译UBoot

取得UBoot源代码和配置后，可以在其中编译UBoot，得到u-boot.elf。然后再使用下列命令创建boot.bin。

5.7. Open Source编译UBoot时间

在PetaLinux里，编译UBoot，并创建boot.bin，总共耗时84秒钟。

在外部UBoot源代码里，从头编译UBoot，并创建boot.bin，总共耗时26秒钟。

所以从外部源代码里编译UBoot，速度快两倍多。

通过整合PetaLinux工程编译和Open Source U-Boot/Linux编译，既适应开发人员的工作习惯，也提高了速度。