CN107729091A - 基于Zynq的嵌入式系统平台及Linux内核相关文件生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于Zynq的嵌入式系统平台及Linux内核相关文件生成方法，平台包括Xilinx公司的Zynq芯片、SD卡、QSPI Flash芯片、eMMC芯片、DDR3芯片，其特征在于：Zynq芯片的SDO控制器端口与SD卡双向连接、SD1控制器端口与eMMC芯片双向连接、QSPI控制器端口与QSPI Flash芯片双向连接、DDR3控制器端口与DDR3芯片双向连接。统平台有两种启动方式，从SD卡启动和从QSPI+eMMC启动。有益效果是，实现了基于Zynq的嵌入式系统平台，解决了嵌入式系统设计中要求体积小、成本低、性能高等设计难题，同时，预留很多通用接口，如：IIC接口、SPI接口、串口、以太网接口、HDMI接口、OTG接口等，不同应用需求下，只需要更改Linux内核相关文件，即软代码级别的设计，硬件具有通用性。这种全新的设计模式，可充分发挥软硬件协同设计的优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种嵌入式系统平台，特别涉及一种基于Zynq的嵌入式系统平台及Linux内核相关文件生成方法。
背景技术
近年来，嵌入式系统被广泛应用于数据通信、工业控制、智能家居等领域。很多应用场景，对嵌入式系统的体积、成本、性能有较高要求。而这三者往往又是相互制约、相互影响的。因此如何设计出体积小巧，成本低廉、性能高效的嵌入式系统，仍困扰着许多人。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于Zynq的嵌入式系统平台及Linux内核相关文件生成方法，具体技术方案是：一种基于Zynq的嵌入式系统平台，包括Xilinx公司的Zynq芯片、SD卡、QSPI Flash芯片、eMMC芯片、DDR3芯片，其特征在于：Zynq芯片的SDO控制器端口与SD卡双向连接、SD1控制器端口与eMMC芯片双向连接、QSPI控制器端口与QSPI Flash芯片双向连接、DDR3控制器端口与DDR3芯片双向连接。
系统平台有两种启动方式，从SD卡启动和从QSPIFlash+eMMC启动。
生成方法步骤如下，Linux内核相关文件，包括BOOT.bin、uImage、devicetree.dtb.各文件的生成步骤如下：
1、依据嵌入式系统平台的应用场景，确定该平台需要提供的对外接口，如串口、IIC接口、以太网接口，然后在PC机的Vivado环境下，完成Zynq的软硬件配置，至成功生成bit文件；
2、将步骤1中的Vivado工程导入到PC机的SDK环境中，生成对应的fsbl.elf引导文件；
3、在PC机的Ubuntu环境下，通过Zynq的uboot源码编译出uboot.elf文件；
4、回到PC机的SDK环境中，将fsbl.elf、bit文件、uboo.elf打包生成BOOT.bin；
5、在PC机的Ubuntu环境下，通过Zynq的Linux内核源码编译出uImage文件，内核配置要与步骤1中的Vivado环境中配置相一致；
6、在PC机的Ubuntu环境下，通过Zynq的Linux内核源码编译出devicetree.dtb文件，devicetree.dtb源文件devicetree.dts的配置要与步骤1中的Vivado环境中配置相一致；
7、Ubuntu文件系统，基于标准桌面系统进行裁剪，装入SD卡中。
本发明的有益效果是：实现了基于Zynq的嵌入式系统平台，解决了嵌入式系统设计中要求体积小、成本低、性能高等设计难题，同时，预留很多通用接口，如：IIC接口、SPI接口、串口、以太网接口、HDMI接口、OTG接口等，不同应用需求下，只需要更改Linux内核相关文件，即软代码级别的设计，硬件具有通用性，开辟了一种全新的设计模式，可充分发挥软硬件协同设计的优势。
附图说明
图1 本发明的硬件互联关系图；
图2 本发明的Linux内核相关文件生成流程图；
图3本发明的Ubuntu文件系统结构图；
图4 本发明的实施例一自动配线设备示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例一
如图4所示，按照该嵌入式系统平台的自动配线设备，设备为1U高19英寸机箱，内有一个16x16光交叉模块，另有一个5cmx7cm的控制小板，嵌入式系统平台搭建在小板上，该设备应用形态为，外部光信号从光交叉模块的16个输入端口输入，经嵌入式系统平台控制，完成交叉功能后，再从光交叉模块的16个输出端口输出。而嵌入式系统平台的交叉控制规则，由用户预先制定，并配置到嵌入式系统平台中，该设备需要以太网接口、IIC接口、串口支持，以太网接口用于用户配置交叉控制规则、IIC接口用于控制光交叉模块、串口用于检测外部光信号是否接入。
如图1所示，首先搭建好基于Zynq的嵌入式系统平台，我们定制后的文件系统，需要的最终配置的嵌入式系统平台为，核心组件由1个Xilinx公司的Zynq芯片（XC7Z020）、一张SD卡（金士顿CLASS10）、一个QSPI Flash芯片（S25FL256SAGNFI00）、一个eMMC芯片（MTFC8GAKAJCN）、一个DDR3芯片（MT41K128M16JT）构成，Zynq芯片为Zynq-7000系列，SD卡容量为8GB，QSPI Flash芯片为32MB，eMMC芯片为8GB，DDR3芯片为512MB。硬件互联关系是，SD卡双向连接到Zynq的SD0控制器上，QSPI Flash芯片双向连接到Zynq的QSPI控制器上，eMMC芯片双向连接到Zynq的SD1控制器上，DDR3芯片双向连接到Zynq的DDR3控制器上。
并依据实际应用环境配置Linux系统启动模式，比如在机房环境，可以从SD卡启动，在户外恶劣环境，可以从QSPIFlash+eMMC启动。用户通过以太网接口将交叉配置规则和嵌入式系统相关的应用程序下载到平台中，并配置应用程序为上电自动运行。应用程序主要完成：通过串口检测光信号是否接入，如果接入，检测用户配置的交叉规则是否存在，若存在交叉规则，通过IIC接口对交叉模块进行相应交叉，并控制信号从对应输出端口输出。
如图3、4所示，Linux内核相关文件，包括BOOT.bin、uImage、devicetree.dtb。各文件的生成步骤如下：
1、依据嵌入式系统平台的应用场景，确定该平台需要提供的对外接口，如串口、IIC接口、以太网接口等。然后在PC机的Vivado环境下，完成Zynq的软硬件配置，至成功生成bit文件。
2、将步骤1中的Vivado工程导入到PC机的SDK环境中，生成对应的fsbl.elf引导文件。
3、在PC机的Ubuntu环境下，通过Zynq的uboot源码编译出uboot.elf文件。
4、回到PC机的SDK环境中，将fsbl.elf、bit文件、uboot.elf打包生成BOOT.bin。
5、在PC机的Ubuntu环境下，通过Zynq的Linux内核源码编译出uImage文件，内核配置要与步骤1中的Vivado环境中配置相一致。
6、在PC机的Ubuntu环境下，通过Zynq的Linux内核源码编译出devicetree.dtb文件，devicetree.dtb源文件devicetree.dts的配置要与步骤1中的Vivado环境中配置相一致；
7、Ubuntu文件系统，基于标准桌面系统进行裁剪，装入SD卡中。
优点：
本发明所提到嵌入式系统平台，在设计中，充分考虑了应用场景的多样性，设计出两种系统启动方式，即使颠簸震荡环境下，固态芯片QSPI Flash+eMMC也很稳固。另一方面，平台基于的硬件只有5cmx7cm，面积非常小，核心芯片数量只有5个，总体成本很低。在控制实现上，可基于Linux系统做灵活的软件操作控制，且平台具有很好的扩展性和移植性，适用于多种设备场景。硬件设计时，已预留很多通用接口，如：IIC接口、SPI接口、串口、以太网接口、HDMI接口、OTG接口等。不同应用需求下，只需要更改Linux内核相关文件，即软代码级别的设计，硬件具有通用性。这种全新的设计模式，可充分发挥软硬件协同设计的优势。
Claims (3)
1.一种基于Zynq的嵌入式系统平台，包括Xilinx公司的Zynq芯片、SD卡、QSPI Flash芯片、eMMC芯片、DDR3芯片，其特征在于：Zynq芯片的SDO控制器端口与SD卡双向连接、SD1控制器端口与eMMC芯片双向连接、QSPI控制器端口与QSPI Flash芯片双向连接、DDR3控制器端口与DDR3芯片双向连接。
2.如权利要求1所述的一种基于Zynq的嵌入式系统平台，其特征在于：系统平台有两种启动方式，从SD卡启动和从QSPIFlash+eMMC启动。
3.采用权利要求1所述的一种基于Zynq的嵌入式系统平台Linux内核相关文件的生成方法，其特征在于：生成方法步骤如下，
Linux内核相关文件，包括BOOT.bin、uImage、devicetree.dtb. 各文件的生成步骤如下：
1、依据嵌入式系统平台的应用场景，确定该平台需要提供的对外接口，如串口、IIC接口、以太网接口，然后在PC机的Vivado环境下，完成Zynq的软硬件配置，至成功生成bit文件；
2、将步骤1中的Vivado工程导入到PC机的SDK环境中，生成对应的fsbl.elf引导文件；
3、在PC机的Ubuntu环境下，通过Zynq的uboot源码编译出uboot.elf文件；
4、回到PC机的SDK环境中，将fsbl.elf、bit文件、uboot.elf打包生成BOOT.bin；
5、在PC机的Ubuntu环境下，通过Zynq的Linux内核源码编译出uImage文件，内核配置要与步骤1中的Vivado环境中配置相一致；
6、在PC机的Ubuntu环境下，通过Zynq的Linux内核源码编译出devicetree.dtb文件，devicetree.dtb源文件devicetree.dts的配置要与步骤1中的Vivado环境中配置相一致；
7、Ubuntu文件系统，基于标准桌面系统进行裁剪，装入SD卡中。
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