使用 Zybo Z7的Genode 操作系统框架实现

Genode 操作系统框架（通常称为Genode ）已经存在了十多年，并且仍在积极开发中。它在通用 x86 硬件上得到最好的支持，因为我们在 Genode Labs 将它高效地用于我们的日常业务。但是，也有（部分）支持各种基于 ARM 的平台。最近新增的功能是支持 Digilent 的 Zybo Z7 板。这是关于在 Zybo Z7-10 或 Zybo Z7-20 板上启动非常基本的 Genode 场景的初学者级教程。

先决条件

对于 Genode 开发，您需要一台 Linux 主机。我建议使用 Ubuntu LTS，Genode 可以在其上轻松构建。Genode 使用自己的工具链，必须手动安装。您可以下载预构建的工具链并使用以下命令进行安装：

$ sudo tar xPf genode-toolchain--.tar.xz

请确保按照入门指南熟悉 Genode 。这将确保您已安装所有其他必需的构建工具。

准备 Zybo Z7 开发板

Zybo Z7 开发板附带一个预安装的演示应用程序，该应用程序存储在板载闪存中。确保将跳线 JP5 设置为 QSPI 启动并打开设备电源。演示应用程序控制板载 LED 并通过 UART 接口发送一些字符。两者都有助于检查开发板是否正确启动并测试 UART 连接。为了使用后者，将 Micro-USB 电缆连接到标有“PROG UART”的连接器，将其连接到您的开发系统并打开电路板电源。/dev/ttyUSB1设备应该会弹出。启动您喜欢的终端程序（例如 picocom、screen）并按下重置按钮以查看开发板的串行输出。我喜欢按如下方式使用屏幕：

$ sudo screen /dev/ttyUSB1 115200

如果要退出屏幕，请输入字符序列Ctrl+a k。

克隆存储库

首先，我们需要获得一个 Genode 的克隆：

~$ git clone https://github.com/genodelabs/genode.git genode

其次，我们需要克隆 Zynq 支持的配套存储库：

~$ git clone https://github.com/genodelabs/genode-zynq.git genode/repos/zynq

创建构建目录

Genode 使用树外构建过程。因此，我们使用以下命令在~/genode/build/arm_v7a为我们的目标平台准备一个构建目录：

~/genode$ ./tool/create_builddir arm_v7a

构建目录托管配置文件~/genode/build/arm_v7a/etc/build.conf需要进行一些修改。

首先，我们必须告诉构建系统使用 Zynq 存储库，这是通过取消注释以下行来实现的：

REPOSITORIES += $(GENODE_DIR)/repos/zynq

其次，我们将设置一些变量，以节省我们稍后的输入时间。

KERNEL  ?= hw
BOARD   ?= zynq_zybo_z7
RUN_OPT += --depot-auto-update

构建 SD 卡映像

接下来，我们将构建一个 SD 卡映像。Genode 使用 u-boot 并方便地将所有内容编译成一个图像。不过，在触发 make 命令之前，我们必须下载 u-boot 的第三方代码。这是通过prepare_port工具完成的：

~/genode$ ./tool/ports/prepare_port zynq_uboot

现在，我们准备构建 SD 卡映像，如下所示：

~/genode$ RUN_OPT='--include image/zynq_uboot_sdcard' make -C build/arm_v7a run/log

此命令告诉 Genode 的构建系统构建运行/日志场景并包含图像创建脚本。如果您对更多详细信息感兴趣，请参阅构建系统文档。请注意，我们还可以将定义添加到build.conf 中。但是，我想在以后跳过映像创建并在初始化 SD 卡后使用 TFTP 引导。构建过程应以以下行结束RUN_OPT

Created SD-card image file var/run/log.img

当我将 SD 卡插入我的 Linux 主机时，会弹出一个/dev/mmcblk0设备。因此，我将创建的图像写入 SD 卡，如下所示：

~/genode$ sudo dd if=build/arm_v7a/var/run/log.img of=/dev/mmcblk0 bs=1M conv=fsync

将 SD 卡插入 Zybo 板，不要忘记将跳线 JP5 设置为 SD 启动。打开设备电源，连接到串行控制台（例如使用屏幕），然后按下重置按钮。您应该看到以下输出：

[init -> test-log] hex range:          [0e00,1680)
[init -> test-log] empty hex range:    [0abc0000,0abc0000) (empty!)
[init -> test-log] hex range to limit: [f8,ff]
[init -> test-log] invalid hex range:  [f8,08) (overflow!)
[init -> test-log] negative hex char:  0xfe
[init -> test-log] positive hex char:  0x02
[init -> test-log] floating point:     1.70
[init -> test-log] multiarg string:    "parent -> child.7"
[init -> test-log] String(Hex(3)):     0x3
[init -> test-log] Very long messages:
[init -> test-log -> log] 1.....................................................................................................................................................................................................................................2
[init -> test-log] 3.....................................................................................................................................................................................................................................4
[init -> test-log] 5.....................................................................................................................................................................................................................................6
[init -> test-log] 
[init -> test-log] Test done.

Run script execution successful

启用 TFTP 引导

由于我笨拙的手指不能很好地处理 micro SD 卡，所以我宁愿避免经常触摸它们。相反，我更喜欢网络启动。幸运的是，u-boot 支持通过 TFTP 加载图像。我们 SD 卡上的 u-boot 安装加载uEnv.txt文件（如果存在）并执行uenvcmd命令。因此，我使用以下内容设置了uEnv.txt文件：

serverip=x.x.x.x
kernel_img=/srv/tftp/usrp/uImage
uenvcmd=tftpboot ${load_addr} ${serverip}:${kernel_img} && bootm start && bootm loados && bootm go

指的server_ip是我安装了tftp-hpa 的 Linux 主机。请注意，kernel_img必须引用 TFTP 服务器可达的路径。因为我没有使用服务器--secure标志，所以路径是绝对路径。否则，它必须相对于 TFTP 服务器的根目录。

现在，我们需要告诉 Genode 的构建系统填充 TFTP 目录。这是通过将以下行插入build.conf 来完成的：

RUN_OPT_zybo  = --include image/uboot
RUN_OPT_zybo += --include load/tftp
RUN_OPT_zybo += --load-tftp-base-dir /srv/tftp/usrp
RUN_OPT_zybo += --load-tftp-absolute
RUN_OPT_zybo += --include log/serial
RUN_OPT_zybo += --log-serial-cmd "picocom -b 115200 /dev/ttyUSB1"
BOARD_RUN_OPT(zynq_zybo_z7) = $(RUN_OPT_zybo)

请注意，这还会告诉构建系统自动连接到串行控制台。因此，我们可以运行需要主机系统评估日志输出的测试场景，例如run/timer_accuracy：

~/genode$ make -C build/arm_v7a run/timer_accuracy

一旦出现“Terminal ready”，我们就可以点击 Zybo 板的重置按钮。如果一切设置正确，我们应该看到如下输出：

[init -> test-timer_accuracy] 
[init -> test-timer_accuracy] 
[init -> test-timer_accuracy] 
[init -> test-timer_accuracy] 
[init -> test-timer_accuracy] 
[init -> test-timer_accuracy] 
[init -> test-timer_accuracy] 
[init -> test-timer_accuracy] 
[init -> test-timer_accuracy] 
[init -> test-timer_accuracy] 
Good: round 1, host measured 1000 ms, test measured 1007 ms
Good: round 2, host measured 2000 ms, test measured 2228 ms
Good: round 3, host measured 3000 ms, test measured 2764 ms
Good: round 4, host measured 4000 ms, test measured 4003 ms
Good: round 5, host measured 5000 ms, test measured 5007 ms
Good: round 6, host measured 6000 ms, test measured 6002 ms
Good: round 7, host measured 7000 ms, test measured 6995 ms
Good: round 8, host measured 8000 ms, test measured 8001 ms
Good: round 9, host measured 9000 ms, test measured 8993 ms

恭喜，您已经成功地为 Zybo Z7 开发板设置了 Genode。