U-Boot と Linux Kernel のメインラインで Zynq を動かす
以前、U-Boot と Linux をソースからビルドして Zynq 上で動かすには、Wiki Page を読むのがわかりやすいと書きました。 このページを参照しながら、やっている人も多いのではと思います。
Xilinx は GitHub にローカルな開発リポジトリ を持っていて、 Wiki Page もこのリポジトリを使っています。
ここでは、Xilinx のリポジトリではなく、U-Boot と Linux Kernel のメインラインからコードを持ってきて、 Linux をブートさせるやり方を紹介します。
ちょうど、本日(=2014.1.21) U-Boot 2014.01 がリリースされました。 このリリースから Zynq の各種ボードサポートが U-Boot のメインラインにマージされたので、 Xilinx ローカルリポジトリを追跡しなくても動かせるようになりました。
また、前日 (=2014.1.20) には Linux 3.13 がリリースされましたので、これを使ってみます。
今回使うのは
- U-Boot 2014.01
- Linux Kernel 3.13
- Zynq ZC706 ボード
です。
ただし、Wiki Page で紹介されているやり方と結構違います。主な違いは
- U-Boot 自身のコンフィグレーションにも Device Tree が必要
- Kernel のイメージは、従来のレガシー uImage ではなく、 FIT (Flattened uImage Tree) を使う
- Kernel の defconfig は
multi_v7_defconfigを使う
入門者には何言っているかわからないかもしれないが、以下で丁寧に手順を説明します。
STEP0: DTC (Device Tree Compiler) の準備
Input Files Required
- None
Output Files Produced
dtc: Device Tree Compiler
Task Description
U-Boot を Device Tree 付きでビルドするには version 1.4 以降の DTC が必要になる。 ディストリビューションに標準で用意されている DTC では不足するかもしれないのでバージョンを確認。
$ dtc -v
Version: DTC 1.3.0
バージョンが 1.4.0 よりも古い場合は、自分でビルドします。
$ git clone git://git.kernel.org/pub/scm/utils/dtc/dtc.git
でソースを取ってきて
$ make
$ make install
でビルドとインストールができる。
$(HOME)/bin の下に dtc が入るので PATH を通しておく。
STEP1: U-Boot のビルド
Input Files Required
dtc- ARM Cross Compiler
Output Files Produced
u-boot-dtb.bin: U-Boot の RAWバイナリと U-Boot をコンフィグレーションする DTB を連結したものtools/mkimage: U-Boot で扱うイメージを生成するツール。
(Wiki Page では u-boot を使っているが、これは使わない。)
Task Description
$ git clone git://git.denx.de/u-boot.git
$ cd u-boot
$ git checkout v2014.01
でソース取得して、v2014.01 タグをチェックアウト。 （何かあっても自分で対処できる人は masterブランチでやってもOK）
あとで、Kernel を TFTP でダウンロードしたいので、include/configs/zynq-common.h
を開いて、適当なところに
#define CONFIG_IPADDR 192.168.11.2
#define CONFIG_SERVERIP 192.168.11.1
#define CONFIG_ETHADDR 00:0a:35:00:01:22
の3行を足す。
CONFIG_IPADDR は Zynqボードに割り振る IPアドレス、 CONFIG_SERVERIP は
TFTP サーバーのアドレスに合わせて下さい。
MACアドレスは、(他のネットワーク機器と被らなければ)適当でいい。
TFTP サーバーがなくても、動かすことはできるので、ない人は上記はスキップして下さい。
あとは
$ make zynq_zc70x_config
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- DEVICE_TREE=zynq-zc706
のようにして、コンフィグレーションとビルドをする。
もしくは
$ make zynq_zc70x CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- DEVICE_TREE=zynq-zc706
のように 1行で、コンフィグレーションとビルドを同時にすることもできる。
STEP2: Linux Kernel のビルド
Input Files Required
- ARM Cross Compiler
Output Files Produced
arch/arm/boot/zImage: Kernel Imagearch/arm/boot/dts/zynq-zc706.dtb: Kernel をコンフィグレーションする DTB (Device Tree Blob)
(従来、 U-Boot から Kernel を起動するときは arch/arm/boot/uImage を使っていたが、これは使わない。)
Task Description
$ git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git
$ cd linux
$ git checkout v3.13
でソース取得して、v3.13 タグをチェックアウト。 （何かあっても自分で対処できる人は masterブランチでやってもOK）
以下のようにして ARMv7 Multi な設定にする。
$ make ARCH=arm multi_v7_defconfig
ここで
$ make ARCH=arm menuconfig
をして、少々設定をいじる。
Device Drivers --->
Block devices --->
[*] RAM block device support
(16384) Default RAM disk size (kbytes)
のようにたどり、 RAM block device support にチェックを入れ、
Default RAM disk size を 16384 に設定する。
もう一つ
Device Drivers --->
Character devices --->
[ ] Legacy (BSD) PTY support
のようにたどり、Legacy (BSD) PTY support のチェックを外す。
あとは
$ make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi-
でビルド。
STEP3: Ramdisk のダウンロード
Input Files Required
- None
Output Files Produced
arm_ramdisk.image.gz: Kernel がマウントする init ramdisk (を gzip 圧縮したもの)
Task Description
こちら から arm_ramdisk.image.gz をダウンロードする。
STEP4: ITB (Image Tree Blob) の生成
Input Files Required
linux/arch/arm/boot/zImagearm_ramdisk.image.gzlinux/arch/arm/boot/dts/zynq-zc706.dtbu-boot/tools/mkimage
カレントディレクトリから見て、上記の配置になっているとする。
Output Files Produced
fit.itb: U-Boot から Kernel を起動するためのイメージ
Task Description
Kernel Image, Ramdisk, DTB (Device Tree Blob) を一つにまとめた ITB というのを作ります。
ITB を作るには、 ITS(Image Tree Source) を記述して、 mkimage に食わせます。
以下の内容を fit.its というファイルに記述する。
/dts-v1/;
/ {
description = "Kernel, ramdisk and FDT blob";
#address-cells = <1>;
images {
kernel@1 {
description = "Linux Kernel 3.13 configured with multi_v7_defconfig";
data = /incbin/("linux/arch/arm/boot/zImage");
type = "kernel";
arch = "arm";
os = "linux";
compression = "none";
load = <0x00008000>;
entry = <0x00008000>;
hash@1 {
algo = "md5";
};
};
ramdisk@1 {
description = "Ramdisk for Zynq";
data = /incbin/("arm_ramdisk.image.gz");
type = "ramdisk";
arch = "arm";
os = "linux";
compression = "gzip";
load = <0x00000000>;
entry = <0x00000000>;
hash@1 {
algo = "sha1";
};
};
fdt@1 {
description = "FDT for ZC706";
data = /incbin/("linux/arch/arm/boot/dts/zynq-zc706.dtb");
type = "flat_dt";
arch = "arm";
compression = "none";
hash@1 {
algo = "crc32";
};
};
};
configurations {
default = "config@1";
config@1 {
description = "Zynq ZC706 Configuration";
kernel = "kernel@1";
ramdisk = "ramdisk@1";
fdt = "fdt@1";
};
};
};
あとは以下のようにすれば、fit.itb ができる。
$ u-boot/tools/mkimage -f fit.its fit.itb
STEP5: JTAG (Slave Boot) から U-Boot と Linux を起動する
Input Files Required
u-boot-dtb.bin: STEP1 で作成したものfit.itb: STEP4 で作成したものxmd: ISE / Vivado のインストールディレクトリに入っているps7_init.tcl: ISE / Vivado から “Export Hardware for SDK” を実行すると出力されるstub.tcl: Xilinx のページからダウンロードできるug873-design-files.zipの中に入っているfpga.bit: ISE / Vivado で生成した FPGA bit file (Optional)
Task Description
fit.itb を TFTP の公開ディレクトリに置く。（TFTP 環境のない人はスキップして下さい）
Zynq ボードのブートモードの選択スイッチを JTAG に合わせて電源入れる。JTAG でボードと接続し、XMD を開く。
$ xmd
XMD のプロンプトから以下を実行する。(FPGA は必要なければダウンロードしなくても良い)
XMD% connect arm hw ;# Open JTAG connection
XMD% rst -slcr ;# Reset the whole system
XMD% fpga -f fpga.bit ;# Download FPGA bit file (Optional)
XMD% source ps7_init.tcl
XMD% ps7_init ;# Initialize DDR, IO pins, etc.
XMD% ps7_post_config ;# Enable level shifter
XMD% source stub.tcl ;# start CPU1
XMD% targets 64 ;# connect to CPU0
XMD% dow -data u-boot-dtb.bin 0x04000000 ;# Download u-boot to address 0x04000000
XMD% con 0x04000000 ;# start CPU0 from address 0x04000000
なお、毎回これを打ち込むのも面倒ですので、 foo.tcl に書いておきましょう。
XMD% source foo.tcl
で XMD から読み込むか、シェルから
$ xmd -tcl foo.tcl
とすればよいです。
U-Boot のプロンプトが出た後、放っておくと、自動的に TFTPサーバーから fit.itb
をダウンロードして、 Linux が起動する。
TFTP サーバーがない場合は、con 0x04000000 の前に
XMD% dow -data fit.itb 0x02000000
とすれば、 JTAG 経由で fit.itb をダウンロードできるので(時間かかりますが、、)
あとは U-Boot のプロンプトから
> bootm 2000000
と入力して Linux を起動させる。
STEP6: SDカード用のブートイメージを作成する
Input Files Required
fsbl.elf: FSBL (First Stage Boot Loader)。XSDK で生成。fpga.bit: FPGA bit file (Optional)u-boot/u-boot-dtb.bin: STEP1 で作成したものbootgen: ISE / Vivado のインストールディレクトリに入っている
Output Files Produced
boot.bin
Task Description
foo.bif というファイル(名前適当でよい)に以下のように記述する。
image:
{
[bootloader]fsbl.elf
fpga.bit
[load=0x04000000,startup=0x04000000]u-boot/u-boot-dtb.bin
}
FPGA Bit file のダウンロードが不要なら fpga.bit の行は削除してよい。
ELF ファイルはロードアドレスとエントリーアドレスを自動抽出してくれるが、
バイナリの場合は load= と startup= で指定する必要がある。
あとは
$ bootgen -image foo.bif -w on -o boot.bin
とすると、boot.bin ができる。SDカードのブートイメージは必ず boot.bin
というファイル名でないといけないので注意する。
Step7: SDカードから U-Boot と Linux Kernel を起動する
Input Files Required
boot.bin: STEP6 で作成したものfit.itb: STEP4 で作成したもの
Task Description
FAT でフォーマットしたSDカードに boot.bin と fit.itb をコピー。
SDカードを Zynq ボードに挿し、ブートモードの選択スイッチを SD カードに合わせて電源入れる。
ZC706 以外のボードの場合
動作確認はしていないが、上記とほぼ同じやり方でできずはず。
U-Boot のビルドの部分が、ZC702 ボードなら
$ make zynq_zc70x CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi-
ZED ボードならば
$ make zynq_zed CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi-
となる。
U-Boot の boards.cfg というファイルを見れば、自分のボードに対応するコマンドがわかる。
Linux の Device Tree も arch/arm/boot/dts ディレクトリに各ボードごとの DTB
ができているので、それを使う。
その他参照資料
-
Device Tree を用いた U-Boot のコンフィグレーションについて知りたい場合は U-Boot ソースツリーの
doc/README.fdt-controlを参照 -
ITS (Image Tree Source) の書き方を知りたい場合は U-Boot ソースツリーの
doc/uImage.FIT/以下のドキュメント参照 -
XMD の使い方は Xilinx の資料 “Embedded System Tools Reference Manual” 参照
-
FSBL の作り方は Xilinx の資料 “Zynq-7000 All Programmable SoC: Concepts, Tools, and Techniques” 5章を参照
-
Bootgen をもっと詳しく知りたい場合は Xilinx の資料 “Zynq-7000 All Programmable SoC Software Developers Guide” 参照
ご注意
ここに記載の内容は 2014年1月時点のソースでのやり方ですので、今後もこのやり方が通用するかはわかりません。 コードはめまぐるしく変わっていきますので。
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