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【ZYNQ Linux移植】4-内核移植

news 来源：原创 2025/8/24 13:20:18

文章目录

0 写在前面
1 内核源码的文件结构
2 Linux内核移植
- 2.1 移植配置文件
- 2.2 移植设备树
- 2.3 创建脚本进行编译
- 2.4 备份相关文件
3 测试
4 总结
5 参考资料

0 写在前面

这是一个系列博客，详细介绍如何在 ZYNQ 与 ZYNQ MP 平台上如何移植 Linux 系统。目前网络上的大部分教程都是全程基于 Petalinux 的开发，虽然这样简化了开发流程，但对于初学者深入理解掌握 Linux 是不利的，所以，有了这个系列的博客，从几乎为 0 开始教大家怎么移植 Linux 系统。

本人的软件与环境版本：

Windows 的 Vivado 与 Vitis 版本：2020.2（前期学习 ZYNQ7020 跟随正点原子安装）；

Ubuntu版本：18.04.2；

虚拟机上的 Vivado、Vitis 与 Petalinux 版本：2020.1（前期学习 ZYNQ MP 跟随 Alinx 安装）。

所有相关的文件存放在虚拟机的以下路径：

~/Linux_tp

如果后面涉及到一些命令行操作的文件路径，大家可以参考着修改为自己的路径。

此外，我后续的操作与实测都是黑金（Alinx）基于 ZYNQ MP 系列的 zu3eg 操作，但基本也会对 ZYNQ-7000系列的一些不同做一些说明，如果你使用的是 ZYNQ-7000 系列的板卡，可以自己灵活变通一下。

1 内核源码的文件结构

在第一篇：【ZYNQ Linux移植】1-前期准备中，我们已经获取了 Xilinx 官方提供的 Linux 内核源码。后续的操作，就将基于它进行。

解压出来的 linux 内核源码包内的文件结构如下：

这里对一些重要的文件与文件夹，进行一个大致的介绍：

文件名称	描述
arch	与芯片架构体系相关的目录
Documentation	文档相关目录
drivers	驱动相关目录
fs	文件系统相关目录
include	头文件相关目录
kernel	内核相关目录
lib	库相关目录
samples	例程相关目录
scripts	脚本文件
.config（隐藏文件）	最终使用的配置文件
Kconfig	图形化配置界面的配置文件

知道了大致的结构，接下来，我们开始移植！

2 Linux内核移植

2.1 移植配置文件

首先，明确一下配置文件都在什么地方，ZYNQ MP 系列与 ZYNQ-7000 系列使用的配置文件是不一样的！前者所在位置为：内核源码根目录/arch/arm64/configs/xilinx_zynqmp_defconfig，后者所在位置为：内核源码根目录/arch/arm/configs/xilinx_zynq_defconfig。从目录的差别也可以看出来前者为64位处理器（Cotex-A53），后者为32位处理器（Cotex-A9）。

使用默认的配置文件可以让板卡启动 Linux 内核，但不能保证所有功能都好用（如 IIC、以太网驱动等），如果有自己的需求，如需要设置 CPU 的调频策略等，就可以使用图形化的界面进行修改，并保存配置文件，后续操作就以修改 CPU 调频策略为例进行演示。

在 Linux 内核根目录，使用以下命令，进入图形化配置界面：

make menuconfig

按以下路径进入 CPU 调频选项处：

-->Power management and ACPI options(有的版本叫做CPU Power Management)-->CPU Frequency scaling-->Default CPUFreq governor (userspace)

内核提供了以下六种调频策略：

（1）Performance，最高性能，直接用最高频率，不考虑耗电。

（2）Powersave，省电模式，通常以最低频率运行，系统性能会受影响，一般不会用这个。

（3）Userspace，可以在用户空间手动调节频率，可以看到这是默认的配置。

（4）Ondemand，定时检查负载，然后根据负载来调节频率。负载低的时候降低 CPU 频率以省电，负载高的时候提高 CPU 频率，增加性能。

（5）conservative：保守模式，类似于 ondemand，但调整相对较缓。

（6）schedutil： 4.7 版本内核新增加的一种调度策略，可以直接使用调度程序提供的信息做出调整 cpu 频率的决策；也可以调用 cpufreq 驱动程序更改频率以立即调整 CPU 的性能，无需生成进程上下文或其他工作项。

不管在图形化界面进行了什么样的修改，都一定要记得保存！不过注意，默认是把配置文件保存为 .config 文件放在根目录下：

如果后续要用这个配置文件进行编译，需要在编译时指定这个配置文件。

如果有 Petalinux，也可以在 Petalinux 工程根目录下使用以下命令：

petalinux-config -c kernel

以同样的方式进行修改，保存时，把配置文件保存到我们的 Linux 内核对应位置：

/home/chj/Linux_tp/linux-xlnx-xlnx_rebase_v5.4/arch/arm64/configs/xilinx_zynqmp_defconfig

相当于是覆盖掉原有的配置文件（建议备份一份）。

2.2 移植设备树

我使用的是 ZYNQ MP 系列器件，把我们在第二篇：【ZYNQ Linux移植】2-获取设备树中备份的设备树，拷贝到：内核源码根目录/arch/arm64/boot/dts/xilinx。如果是 ZYNQ-7000 系列器件，需要拷贝到：内核源码根目录/arch/arm/boot/dts。

这里需要注意，如果是从 Vitis 获取的设备树，则有这4个文件即可，如果是从 Petalinux 获取的设备树，它的 system-top.dts 相较而言会多出一个头文件的包含：

我们需要也把它（以及它的包含头文件，一般还涉及 system-conf.dtsi，其位置为：Petalinux根目录/components/plnx_workspace/device-tree/device-tree）复制过来，当然如果没有自己追加设备树，把这行删掉也可以，不添加这个文件，这个文件的所在位置为：petalinux工程目录/project-spec/meta-user/recipes-bsp/device-tree/files。

但需要注意的是，由于我们需要后续从 SD 卡启动，所以我们需要在设备树新增对于 SD 卡的描述：

/* SD */
&sdhci1 {disable-wp;no-1-8-v;
};

如果是不借助 Petalinux 移植，直接在 system-top.dts 后面追加上述内容即可，如果是使用 Petalinx，可以追加到 system-user.dtsi 中，并把它和它的包含头文件复制过来。

如果在后续的开发中，只需要修改设备树文件，则可以在 Linux 内核源码根目录下输入以下命令单独编译设备树：

make dtbs

当然，需要先设置环境变量（可参考2.3）。这条命令只编译设备树文件，将 .dts 编译为 .dtb，编译完成以后就可以使用新的设备树文件。

2.3 创建脚本进行编译

以上所有准备工作都完毕后，就可以进行编译了。编译都是需要在 Linux 内核源码的根目录下进行的。可以直接用命令编译，但更推荐的，是把命令写成一个 shell 脚本。

使用 vim 或者 touch 命令加 gedit命令（不熟悉vim的使用）在根目录创建一个名为 zynqmp.sh 的 shell 脚本，并进行编辑：

touch zynqmp.sh
vi zynqmp.sh

将其内容修改为（以 ZYNQ MP为例）：

#!/bin/bashsource /opt/petalinux/2020.1/environment-setup-aarch64-xilinx-linuxmake distclean
make xilinx_zynqmp_defconfig
make -j16

以下对这个脚本做一定的补充：

（1）第三行先设置环境变量，有两种方式，一是可以使用 Vitis 的交叉编译器，这时使用的是 aarch64-linux-gnu：

source /tools/Xilinx/Vitis/2020.1/settings64.sh
export ARCH=arm64
export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-

二是如果安装了 Petalinux 的话，可以使用 Petalinux 的交叉编译器(aarch64-xilinx-linux)，这里就直接使用其加载环境变量的脚本即可：

source /opt/petalinux/2020.1/environment-setup-aarch64-xilinx-linux

我这里脚本选用了使用 Petalinux 的交叉编译器。

（2）第五行是先清理掉之前的编译结果；

（3）第六行是使用对应的配置文件编译 Linux 内核，注意 ZYNQ MP 系列与 ZYNQ-7000 系列使用不同的配置文件：

make xilinx_zynqmp_defconfig
make xilinx_zynq_defconfig

根据器件类型修改脚本。

如果加载配置文件后，报以下错误，提示在 x86 下找不到配置文件，说明环境变量设置不对！参照上面使用 Vitis 或者 Petalinux。

（4）make -j16 是使用 16 线程进行编译，这个数字根据自己的配置进行修改。

然后需要给予我们的脚本可执行权限，我这里是直接权限拉满了：

chmod 777 zynqmp.sh

之后就可以运行编译了：

./zynqmp.sh

内核编译不同于 u-boot 编译，编译时间会比较长，以我这个配置为例，大概需要三分钟时间。编译完后，可以观察到多了不少文件：

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

2.4 备份相关文件

通过 Linux 内核的编译，我们可以获取两个文件，一是内核镜像文件，二是设备树文件（.dtb）。

生成的内核镜像文件所在位置为：

内核源码根目录/arch/arm64/boot

把 Image 备份出来。这个目录下还有一个 image.gz 的文件，它是 Image 的压缩包，ZYNQ 不能用它启动，而必须使用未压缩的 Image。

生成的设备树文件(.dtb)与我们放入的设备树(dts等)在同一目录下：

内核源码根目录/arch/arm64/boot/dts/xilinx	(ZYNQ MP)
内核源码根目录/arch/arm/boot/dts	(ZYNQ-7000)

把生成的设备树也备份出来即可。

3 测试

把在前一篇：【ZYNQ Linux移植】3-u-boot移植获取的 BOOT.bin 和这一篇获取的 Image 与设备树文件一同放入 SD 卡的 FAT 分区：

调整板卡至 SD 卡启动模式。正常加载 u-boot：

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

使用以下 u-boot 命令加载镜像与设备树：

fatload mmc 1:1 2000000 image
fatload mmc 1:1 1000000 system-top.dtb

在这里插入图片描述

然后使用以下命令启动内核：

booti 0x2000000 - 0x1000000

如果能加载如下画面，就算加载成功：

这时可能有人或疑惑，怎么没有正常板卡的那种启动打印log呢？这与我们当前的环境变量有关。重新给板卡上电，输入以下 u-boot 命令：

printenv bootargs

我们可以看到输出结果为：bootargs=console=ttyPS0,115200 root=/dev/mmcblk1p2，这是说现在我们的设置默认从 SD 卡的第二个分区加载根文件系统。如果想要看启动的log，可以修改这个变量：

setenv bootargs 'console=ttyPS0,115200'

然后重新按上面的命令加载内核与设备树，再启动内核，就能看到对应的打印log了：

外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传

但因为我们现在还没有根文件系统，最后会报错：

end Kernel panic - not syncing: VFS: Unable to mount root fs on unknown-block(0,0)

也就是提示内核崩溃，因为根文件系统目录不存在， VFS(虚拟文件系统)不能挂载根文件系统。即使根文件系统目录存在，如果根文件系统目录里面是空的依旧会提示内核崩溃。这个就是根文件系统缺失导致的内核崩溃，但是内核是启动了的，只是根文件系统不存在而已。

4 总结

在移植过程中，涉及的目录：

1,配置文件目录：内核源码根目录/arch/arm64/configs

2,设备树目录：内核源码根目录/arch/arm64/boot/dts/xilinx

最后获取的目标文件：

Image镜像文件：内核源码根目录/arch/arm64/boot

设备树文件 ：内核源码根目录/arch/arm64/boot/dts/xilinx

5 参考资料

1，DeepSeeker相关搜索结果；

2，《正点原子 MPSoC-P5B之嵌入式Linux开发指南_V1.0》

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1 内核源码的文件结构

2 Linux内核移植

2.1 移植配置文件

2.2 移植设备树

2.3 创建脚本进行编译

2.4 备份相关文件

3 测试

4 总结

5 参考资料

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