[FPGA, Процессоры, DIY или Сделай сам, Электроника для начинающих] Zynq 7000. Собираем Linux и RootFS при помощи Buildroot

Ответить на тему

Автор

Сообщение

news_bot ^®

Стаж: 7 лет 2 месяца
Сообщений: 27286

news_bot ^® написал(а)
13-Июл-2021 12:30

Цитировать

Продолжаем изучение SoC Zynq 7000 и разбираемся с тем, как организовать подготовку, сборку Linux для нашей отладочной платы QMTech. В прошлой статье я рассмотрел процедуру быстрой сборки (без кастомизации) основных компонентов встраиваемой системы Linux и шаг за шагом прошли путь до приглашения к вводу в работающей ОС. Согласитесь, что если вы новичок - то работа была выполнена колоссальная! К счастью, всю эту работу можно автоматизировать! И в этой статье я хотел бы уделить внимание этому вопросу и рассказать как это сделать с помощью Buildroot. Эту статью можно считать логическим продолжением общего повествования о начале работы с Linux на Zynq.Что такое Buildroot, как им пользовать и чем он может быть полезен для нас - я постараюсь раскрыть в этой статье, без углубления в дебри, но в достаточной степени, чтобы вы могли повторить за мной всю последовательность действий и получить желаемый результат.Всем интересующимся - добро пожаловать под кат!

Важно! Перед началом повествования, хотелось бы заранее оговориться, что основная цель, которую я преследую при написании этой статьи - рассказать о своем опыте, с чего можно начать, при изучении отладочных плат на базе Zynq. Я не являюсь профессиональным разработчиком под ПЛИС и SoC Zynq, не являюсь системным программистом под Linux и могу допускать какие-либо ошибки в использовании терминологии, использовать не самые оптимальные пути решения задач, etc. Но отмечу, что любая конструктивная и аргументированная критика только приветствуется. Что ж, поехали…Что такое Buildroot и зачем он нужен?В предыдущей статье мы полностью в ручном режиме собрали всё необходимое для работы операционной системы. Учитывая объем проделанной работы и количество затраченного времени - ручная сборка не выглядит чем-то эффективным и быстрым. Чтобы решить эту проблему профессионалы придумали нечто такое, что позволило бы автоматизировать всю процедуру сборки, настройки всего необходимого! Звучит заманчиво, не правда ли? В результате реализации этой идеи на свет появился Buildroot! Это система автоматизированной сборки на основе GNU Make и Kconfig. Основная идея автоматизированной сборки состоит в том, что эта система должна уметь собрать из полученного исходного кода с репозиториев всё необходимо для работы, набор для кросс-компиляции, всех инструментов, начальный загрузчик, ядро ОС, откомпилированный файл device-tree и корневую файловую систему. Самое удобное и полезное в этой ситуации то, что всё необходимое собирается из исходного кода. В этом случае у нас есть уверенность, что мы можем пересобрать код в любое время и без лишнего гемороя с внешними зависимостями. Также мы можем быть уверенными в том, что используется самые последние версии программ со всеми патчами и исправлениями. Общая последовательность шагов которые выполняются при работе с системами сборки мне видится таковой:

Конфигурирование. В этом шаге выполняется настройка всего того, что будет в последствии собрано: от загрузчика до программ которые будут скомпилированы и включены в корневую файловую систему. Самый трудоемкий и объемный шаг, который в последствии облегчается тем, что наработки можно сохранять в файлы конфигурации и детальная настройка нужна только один раз. В дальнейшем можно переиспользовать уже готовую конфигурацию.
Скачивание исходных кодов и сохранение всего того, что было выбрано на этапе конфигурации. Также докачиваются зависимости и всё необходимое для успешной сборки.
Сборка и компиляция исходных кодов. Занимает достаточно много времени, длительность зависит от объема выбранных программ и того, насколько сложную систему вы хотите собрать.
Создание корневой файловой системы и конечная компоновка.
Создание финальных образов с возможностью выбора их форматов, пригодных для загрузки на устройстве.

В дополнение к этому, есть еще ряд плюшек которые предоставляются системой сборки:

Можно добавлять свои программы и пакеты.
Есть возможность выбора различных профилей файловой системы, с оптимизацией по размеру. с поддержкой разных опций влияющих на размер образа.
Очень удобно использовать при создании автономного SDK и распространения его среди других разработчиков.
Возможность создавать обновления, которые можно применить к уже установленным системам.
Наличие удобного интерфейса для взаимодействия с пользователем.

Наверняка, пытливый пользователь может спросить “А ведь есть же PetaLinux который базируется на Yocto. Зачем нужен buildroot?”. И я немного разобравшись в вопросе смело могу заявить, что это абсолютно две разные системы которые подходят к решению задачи сборки довольно таки разных по сложности и преследуют совершенно разные цели. Основная цель Buildroot - это сборка именно образа корневой файловой системы, хоть она и умеет собирать загрузчик, DTS, и образ ядра. А что касается Yocto - это полноценная система подготовки дистрибутива Linux. Это более общая система в том, смысле что позволяет описать целевое устройство и способна собирать полновесные дистрибутивы для весьма сложных устройств. Каждый компонент в Yocto генерируется в виде пакетов RPM, DPKK или IPK и после этого все пакеты собираются в цельный образ файловой системы. Возможно когда-нибудь в будущем я попробую разобраться и с Yocto, но точно не в этой статье. Едем дальше…Переходим от разговоров к делу!Сразу отмечу основные моменты касающиеся с источниками полезной информации. Сайт проекта buildroot находится по адресу http://buildroot.org. На сайте находится очень подробная документация https://buildroot.org/downloads/manual/manual.html. По большинству вопросов и для углубленного изучения - можно обращаться к ней. Что касается используемых версий. Разработчики Buildroot выпускают стабильные версии четыре раза в год: в феврале, мае, августе и ноябре. В этой связи в Git-репозитории им соответствуют метки вида <год>.<месяц>. Обычно при начале работы с buildroot имеет смысл взять последнюю стабильную версию, но они редко обновляются после выпуска. Рекомендую все время использовать последнюю стабильные версии по мере их выхода.Перейдем к установкеКак обычно все начинается с клонирования репозитория на локальный компьютер. Привожу пример получения последней версии на момент написания статьи:

megalloid@pc:~/Desktop$ cd
megalloid@pc:~$ git clone git://git.buildroot.net/buildroot
Cloning into 'buildroot'...
remote: Enumerating objects: 45749, done.
remote: Counting objects: 100% (45749/45749), done.
remote: Compressing objects: 100% (23910/23910), done.
remote: Total 422643 (delta 29805), reused 33912 (delta 21727), pack-reused 376894
Receiving objects: 100% (422643/422643), 92.41 MiB | 893.00 KiB/s, done.
Resolving deltas: 100% (293487/293487), done.
megalloid@pc:~$ cd buildroot/
megalloid@pc:~/buildroot$ git checkout 2021.05.x
Branch '2021.05.x' set up to track remote branch '2021.05.x' from 'origin'.
Switched to a new branch '2021.05.x'

После клонирования репозиториев необходимо установить все требуемые зависимости:

megalloid@pc:~$ sudo apt install make binutils build-essential gcc \
g++ patch gzip bzip2 perl tar cpio unzip rsync bc libncurses-dev -y

КонфигурированиеОсновная сущность, которой оперирует buildroot - это файлы defconfig, которые относятся к той или иной целевой плате. В этом файле хранятся все настройки которые отличаются от тех, что заданы по умолчанию. Давайте посмотрим, что находится рабочем каталоге buildroot:

board - каталог с файлами, которые относятся к конкретным платам. Тут могут быть скрипты, каталог rootfs_overlay, конфигурацию ядер;
configs - в этой папке находятся те самые файлы defconfig;
dl - каталог со скачанными файлами исходного кода;

Всё, что будет скомпилировано будет положено в папку output, либо в папку указанную в параметрах компиляции с ключом O=<путь>, в которой появятся два основных каталога:

host - папка с утилитами для сборки на хосте;
build - папка с собранными пакетами;

megalloid@pc:~$ cd buildroot/
megalloid@pc:~/buildroot$ make help

На подробном объяснении каждой команды мы останавливаться не будем, все что нужно - можно найти в документации на buildroot.

megalloid@pc:~/buildroot$ cd
megalloid@pc:~$ cd Zynq/Projects/buildroot
megalloid@pc:~/Zynq/Projects/buildroot$ mkdir -p board/qmtech/z7020/rootfs_overlay
megalloid@pc:~/Zynq/Projects/buildroot$ mkdir -p board/qmtech/z7020/patches
megalloid@pc:~/Zynq/Projects/buildroot$ mkdir configs
megalloid@pc:~/Zynq/Projects/buildroot$ mkdir -p package/qmtech/package1

Создадим файл, запуская который у нас будет открываться меню конфигурации:

megalloid@pc:~/Zynq/Projects/buildroot$ touch br_config
megalloid@pc:~/Zynq/Projects/buildroot$ vi br_config
megalloid@pc:~/Zynq/Projects/buildroot$ chmod +x br_config

Запишем в него следующее:

#!/bin/sh
make -C /home/megalloid/buildroot \
O=$PWD \
ARCH=arm \
nconfig

После этого можно запустить этот файл и если все необходимые зависимости установлены - будет открыто меню конфигурации buildroot:

Теперь можно начинать конфигурацию и подготовить конфигурацию, которую после будем использовать для работы с нашей платой. Первым пунктом заходим в меню Target options и выбираем архитектуру ARM (little endian) и выбираем вариант архитектуры Cortex-A9, что собственно соответствует тому, что мы имеем на плате. Устанавливаем также опции связанные с Hard Floating Point. После проведения правильной конфигурации окно примет следующий вид:

Переходим обратно в главное меню и заходим в меню Build options. Для ускорения процедуры сборки можно поставить опцию Number of jobs to run simultaneously в соответствии с количеством ядер CPU. Остальные опции оставляем по умолчанию.

Переходим к настройке Toolchain.

В нашем случае мы воспользуемся toolchain встроенным в Buildroot. Оставляем без изменений пункт Toolchain type.
Меняем используемую C library на glibc.
В пункте Kernel Headers выбираем Custom Git Repository и в меню URL of custom repository указываем путь, к cклонированному в прошлом занятии, ядру Linux. Либо клонируем репозиторий в папку /home:

megalloid@pc:~/Desktop$ cd
megalloid@pc:~$ git clone https://github.com/Xilinx/linux-xlnx

После в поле Custom repository version необходимо указать хэш текущего указателя на master-ветку в репозитории:

megalloid@pc:~/linux-xlnx$ git show-ref | grep master
d25c42dcc2a9fed0d00f4f20eded4aa733d51d5b refs/heads/master

Смотрим версию ядра, склонированную в репозитории linux-xlnx:

megalloid@pc:~/linux-xlnx$ make menuconfig

Будет выведено окно настройки конфигурации ядра для последующего компилирования и в заголовке будет указана версия:
Выбираем версию ядра 5.10.х в опции Custom kernel headers series.
Устанавливаем опцию Install glibc utilities.
Выбираем версию компилятора gcc. В моем случае это gcc 9.x. Установим его в поле GCC compiler Version.
Установим поддержку C++ в поле Enable C++ support.
Далее выбираем опции Enable compiler link-time-optimization support.
Ставим поддержку мультипроцессорного режима работы программ с использованием OpenMP в поле Enable compiler OpenMP support.
Переходим в меню System configuration и тут по желанию можно написать имя целевой системы и приветственное лого. Я указал в поле System hostname - Z7020, а в System banner - Welcome to QMtech Zynq Linux!. Остальные пункты меню оставляю по умолчанию.
Переходим в меню Kernel. Если вы хотите, чтобы вместе с rootfs было так же собрано ядро Linux - включите опцию Linux kernel.
Настроим параметры ядра для последующей компиляции следующим образом.
Таким же образом указываем Custom Git repository с указанием пути до репозитория и хэша.
Указываем что корневой файл конфигурации будем использовать из in-tree источника: Kernel configuration (Using an in-tree defconfig file).
Файл defconfig указываем тот, что использовали по умолчанию при компиляции ядра в прошлом уроке: записываем в поле Defconfig name xiinx_zynq без постфикса “_defconfig”.
Выбираем опцию Kernel binary format и ставим uImage и тип компрессии gzip
Устанавливаем адрес загрузки Load address в 0x8000.
Остальные опции в этом меню остаются по умолчанию. Выглядит меню настройки следующим образом:
Переходим в меню Target options. В этом меню мы можем выбрать весь набор необходимых программ которые будут включены в состав будущего образа.
Обязательные опции:
- Miscelaneous - haveged, который является базовым демоном для генерации случайных чисел;
- Networking - dhcpd, демон для работы с сетью и получения сетевых реквизитов по протоколу DHCP;
- Networking - dropbear, демон для организации SSH-сервера;
- Networking - ifupdown scripts, для работы с сетевыми интерфейсами;
- Networking - iperf, iperf3, для проведения бенчмарка пропускной способности по сети (по желанию);
Переходим в меню Filesystem images. Выбираем интересующие нас образы, я выбираю только cpio и метод сжатия lzma.
Поскольку у нас будет использоваться свой кастомный загрузчик - пункт меню Bootladers пропускаем.
В меню Host Utilites ставим опции:
- host dosfstools
- host genimage
- host mtools
Все настройки завершены, записываем их путем нажатия клавиши F6 сохраняем файл с именем .config.

На этом мы можем считать, что предварительная настройка Linux закончена. Можно запускать компиляцию. Для этого я сделал скрипт br-build и записал в него следующее:

#!/bin/sh
sudo make -C /home/megalloid/buildroot \
O=$PWD
ARCH=arm \
BR2_JLEVEL="$(($(nproc) - 1))"

После этого необходимо присвоить ему права на исполнение и запустить:

megalloid@pc:~/Zynq/Projects/buildroot$ chmod +x br_build
megalloid@pc:~/Zynq/Projects/buildroot$ ./br_build

Если все указано и настроено верно - начнется процедура скачивания исходных кодов и компиляция. Этот процесс может затянуться на многие десятки минут.После окончания компиляции в папке images/ появятся необходимые образы:

megalloid@pc:~/Zynq/Projects/buildroot$ ls -ls images/
total 37376
14000 -rw-r--r-- 1 root root 14335488 июл 12 17:58 rootfs.cpio
3940 -rw-r--r-- 1 root root 4034206 июл 12 17:58 rootfs.cpio.lzma
15060 -rw-r--r-- 1 root root 15421440 июл 12 17:58 rootfs.tar
4376 -rw-r--r-- 1 root root 4478424 июл 12 17:58 uImage

Для того, чтобы можно было воспользоваться образом rootfs - необходимо сделать подпись для загрузки его через U-Boot. Для этого нам понадобится пакет U-Boot-tools:

megalloid@pc:~/Zynq/Projects/buildroot/images$ sudo apt install u-boot-tools
megalloid@pc:~/Zynq/Projects/buildroot/images$ sudo mkimage -A arm -T ramdisk -C gzip -d rootfs.cpio uramdisk.image.gz
Image Name:
Created: Mon Jul 12 19:28:22 2021
Image Type: ARM Linux RAMDisk Image (gzip compressed)
Data Size: 14335488 Bytes = 13999.50 KiB = 13.67 MiB
Load Address: 00000000
Entry Point: 00000000

После этого можно попробовать загрузить то, что у нас получилось. Копируем на загрузочную microSD файлы uImage и uramdisk.image.gz и файл devicetree.dtb который у нас был сделан в прошлом занятии.Проверим, что получилосьЗапускаем плату и попадаем в меню U-Boot. В этом меню вводим команды:

fatload mmc 0 0x2000000 uImage
fatload mmc 0 0x2A00000 system.dtb
fatload mmc 0 0x3100000 uramdisk.image.gz
bootm 0x2000000 0x3100000 0x2A00000

Если все получилось верно - у нас загрузится ядро, все программы которые мы указали при старте уже будут в составе ОС. И все будет готово к работе. В целом основная задача выполнена и достигнутое можно считать хорошей заготовкой для дальнейшей кастомизации используемого образа Linux. Можно пробовать добавлять свои скрипты и проводить более углубленное изучение buildroot, например, осуществить сборку Device Tree через buildroot. Дерзайте! =)
===========
Источник:
habr.com
===========
Похожие новости:

Теги для поиска: #_fpga, #_protsessory (Процессоры), #_diy_ili_sdelaj_sam (DIY или Сделай сам), #_elektronika_dlja_nachinajuschih (Электроника для начинающих), #_zynq, #_qmtech, #_linux, #_uboot, #_rootfs, #_buildroot, #_howto, #_fpga, #_protsessory (
Процессоры
), #_diy_ili_sdelaj_sam (
DIY или Сделай сам
), #_elektronika_dlja_nachinajuschih (
Электроника для начинающих
)

Профиль ЛС

Ответить на тему

Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы

Текущее время: 26-Апр 16:30
Часовой пояс: UTC + 5