ALINX教程分享＿Zynq UltraScale+ MPSoC PYNQ3.1.2移植

FPGA技术专栏 2025-11-30 2295
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FPGA技术专栏

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描述

本教程在 Ubuntu22.04.1 虚拟机中安装了 Xilinx 2024.1 的开发环境，基于该环境从源码编译 PYNQ 3.1.2 工程，生成能够在 ALINX AXU15EGB 开发板上运行的 PYNQ 系统镜像。

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Zynq US+ MPSoC AI SFP+ 10G 光纤 FPGA 开发板AXU15EGB


AXU15EGB 开发板：

www.alinx.com/detail/261


资源链接：
https://pan.baidu.com/s/1J1KnN_z404Skze42CUj7gQ
提取码: in8s

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环境配置

提示：
ubuntu、vitis 和 vivado 安装的部分可以参考 ALINX 的教程文档《course_s0_Xilinx开发环境安装教程》，虽然版本不一样，但流程基本不变；安装 2024.1 版本的 petalinux 则需要参照本教程，petalinux 的依赖库和旧版本稍有区别。

ubuntu22.04.1 安装

1. 在 vmware 中安装 ubuntu22.04.1，可以使用资源链接中提供的 ubuntu-22.04.1-desktop-amd64.iso 镜像文件，安装过程比较简单，使用 vmware 的创建虚拟机流程安装即可。（vmware 软件建议使用较新的版本，本教程中使用的是 vmware16）

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需要注意的是分配给虚拟机的资源，本教程中虚拟机资源配置如图所示。其中处理器 8 个，分配内存建议至少 16GB，硬盘存储至少 500GB。主机如果是网线直连，网络适配器就配置为桥接模式，如果是使用 wifi，就配置为 NAT 模式。（请根据自身主机的配置合理分配资源。主机留给自身的内存太少会导致主机系统卡顿甚至卡死）

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进入 ubuntu22.04.1 系统，打开 Software & Updates，切换软件源为阿里云的软件源

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选择 Updates，将更新自检改为 Never，为了保证环境稳定，我们不会更新系统版本。（如果系统主动弹出更新提示的窗口，建议也不要更新，直接关闭窗口）

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打开一个命令行终端，输入命令，选择“No”，回车确认。这一步是将 ubuntu 默认的 shell 从 dash 改为 bash

 

sudo  dpkg-reconfigure  dash

 

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在 ubuntu 的 Settings 中，选择 Privacy->Screen，将锁屏时间取消

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Petalinux 2024.1安装

在 ubuntu 中打开一个命令行终端，输入命令，更新软件源

 

sudo  apt-get update

 

输入命令，安装 petalinux 的依赖项

 

sudo apt-get install iproute2 gawk python3 python2 build-essential gcc git make net-tools libncurses5-dev tftpd zlib1g-dev libssl-dev flex bison libselinux1 gnupg wget git-core diffstat chrpath socat xterm autoconf libtool tar unzip texinfo zlib1g-dev gcc-multilib automake zlib1g:i386 screen pax gzip cpio python3-pip python3-pexpect xz-utils debianutils iputils-ping python3-git python3-jinja2 libegl1-mesa libsdl1.2-dev pylint

 

输入命令，准备 petalinux 的安装目录（注意，这里的 alinx 需要替换成自己的用户名）

 

sudo  mkdir   -p   /opt/pkg/petalinux
sudo  chown  alinx:alinx  /opt/pkg/petalinux

 

将资源链接提供的 petalinux2024.1 安装包拷贝到 ubuntu 中，本教程拷贝到 Downloads 目录下

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在 Downloads 目录下打开终端，输入如下命令，安装 petalinux。此时会出现让你查看协议的提示，按回车查看协议内容，按 q 退出协议内容，按 y 同意协议内容

 

chmod  755  ./petalinux-v2024.1-05202009-installer.run
./petalinux-v2024.1-05202009-installer.run  -d  /opt/pkg/petalinux/

 

安装完成后，在当前终端输入命令，测试 petalinux 环境变量配置（注意，环境变量配置只在当前终端中生效，如果打开另一个终端，需要重新配置 petalinux 环境变量）

 

source  /opt/pkg/petalinux/settings.sh

 

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Vivado 和 Vitis 2024.1 安装

在 ubuntu 中解压资源链接提供的 vitis 的安装压缩包

进入解压后的目录，打开终端，输入命令，运行依赖库检测脚本

 

sudo  ./installLibs.sh

 

输入命令，添加执行权限，运行安装程序

 

sudo chmod  +x  xsetup

 

安装完成后，输入命令，修改安装目录的权限

 

sudo chmod 777 -R /tools/Xilinx/

 

输入命令，配置 vivado 环境变量，并打开 vivado（vivado 环境变量配置也仅在当前终端中生效）

 

source /tools/Xilinx/Vivado/2024.1/settings64.sh
vivado&

 

软件启动后，在“Help → Manage license…”中添加 license 文件

输入命令，安装下载器驱动

 

cd /tools/Xilinx/Vivado/2024.1/data/xicom/cable_drivers/lin64/install_script/install_drivers/
sudo ./install_drivers

 


Vivado 工程参照 ALINX 教程文档 course_s2_ALINX_ZYNQ_MPSoC 开发平台 Vitis 应用教程“第一章 体验 ARM，裸机输出Hello World”中搭建 vivado 工程的部分，搭建基础的 ps_hello vivado 工程，ZYNQ Processor IP 配置已在该章节详述。完善介绍其余部分配置介绍：

启用 PL Fabric Clocks 勾选，这里预设置四个时钟频率。

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Slave Interface 配置
在 PS-PL Configuration 窗口，配置 AXI HP, 勾选 AXI HP0 FPD 和 AXI HP1 FPD 设置数据位宽为 128，外连到 AXI_Interconnect_1 的 Master AXI port 以此数据位宽越大越好。

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Master Interface 配置
同样在该窗口勾选 AXI HPM0 LPD 并配置数据位宽为 32

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Interrupts 配置
在中断栏里启用中断请求 IRQ0, IRQ1。

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其端口位宽自动是 7 也与外连端口自适应，中断敏感是上升沿。预留终端请求 0，连接 1。

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GPIO EMIO 配置
在 I/O 配置栏中勾选 GPIO EMIO, MPSoC 器件最大可选 95。

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将 I2C 1 设置成 EMIO 用于连接摄像头

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同样勾选 UART 1 设置成 emio 类型导出引脚连接 PL 侧 UART

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ALINX 向广大用户提供文档时也将出厂测试的 Vivado 工程及镜像。这篇文档是基于此工程实现，接下来介绍工程实现。

总览：工程内基于 AXU15EGB 外设接口应用众多 AMD IP 以及 ALINX IP 实现检测办法。

 

添加 MIPI CSI-2 Rx subsystem 模块，用于 MIPI 数据的接收和解析，转成 axi-stream 接口。配置如下，数据格式选择 YUV422, 选择 2 lane，Line Rate 配置为 1000Mbps，指的是最大支持的速率，也可以根据自己的需求填写，范围为 80-2500；Pixels Per Clock 默认配置为 1，表示 1 个周期为 1 个像素；这里配置为 2。

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Shared Logic 选择“include Shared Logic in core”

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Pin Assignment 根据原理图按照以下配置。

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添加 subset 模块
调整图像数据顺序，因为经过实际操作发现，图像的 YUV 数据顺序需要调整。

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添加 Video Processing Subsystem 模块
Sample Per Clock设置 2，Maximum Data Width：8；Maximum Number of Pixels:1920；Maximum Number of lines: 1080 再选择Color Space Conversion Only 并勾选 RGB | YUV 4:4:4 | YUV 4:2:2

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添加 Video Frame Buffer Write 模块
这个 IP 类似于 VDMA IP, 将流接口转成 AXI, 按照如下配置。

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添加 AXI_Ethernet 模块
在 Physical Interface 栏勾选 1Gbps，Physical Interface Selection 选 RGMII

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Mac Features 里选择 4k

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添加两个 AXI_UART16550 模块
PL 系统时钟是 200MHz

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导出引脚，外接两个 RS485 外设。

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添加后续几个 AXI_GPIO 模块控制 PL 端按键和 LED

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Extender 模块是 ALINX 的检测 FMC 以及 40 pin 扩展口上引脚的代码模块，这里的 17 对引脚是 40pin 扩展口上引脚两两环通做测试，需要用到 ALINX 内部测试模块。

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最后使用 AXI_Interconnect 模块将以上 16 个 AXI 模块连线。

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（注意：ps_hello 工程中不涉及到 ps 和 pl 部分交互的接口，例如 hp 口，如果后续要在 pynq 系统中使用这部分接口，需要在这一步就将这些接口使能。移植完成的 pynq 系统中 ps 部分开放的接口和参数都是固定的，虽然基于 pynq 系统，可以任意重新配置 pl 部分，但 pl 能够和 ps 部分连接的接口在这一步就已经固定了。）

编译 vivado 工程，因为涉及 PL 侧部分导出包含 bit 流的 xsa


petalinux 工程


这部分可参考 ALINX 教程：
《course_s3_ALINX_ZYNQ_MPSoC 开发平台Linux 基础教程》“第一章 使用 Petalinux 定制 Linux 系统” 和 “第八章 SD 卡根文件系统”

使用上一章节导出的 xsa 搭建 petalinux 工程
 

设置离线编译和 sd 卡根文件系统
 

在设备树文件 system-user.dtsi 中修改成如下所示
 

 

/include/ "system-conf.dtsi"
/ {
        clock_ref_pcie:clk100 {
                compatible = "fixed-clock";
                #clock-cells = <  0  >;
                clock-frequency = <  100000000  >;
        };
        clock_ref_usb0:clk26 {
                compatible = "fixed-clock";
                #clock-cells = <  0  >;
                clock-frequency = <  26000000  >;
        };
        clock_ref_dp:clk27 {
                compatible = "fixed-clock";
                #clock-cells = <  0  >;
                clock-frequency = <  27000000  >;
        };
};

&psgtr {
        /* nc, sata, usb3, dp */
        clocks = <  &clock_ref_pcie  >, <  &clock_ref_usb0  >, <  &clock_ref_dp  >;
        clock-names = "ref0", "ref1", "ref2";
};


&qspi {
        status = "okay";
        
        flash0: flash@0 {
                #address-cells = <  1  >;
                #size-cells = <  1  >;
                compatible ="jedec,spi-nor";
                reg= <  0x0  >;
        
                partition@0 {
                        label = "qspi-0";
                        reg = <  0x000000000x02000000  >;
                };
                
                /delete-node/ partition@1;
                /delete-node/ partition@2;
        };
};


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

/* USB  */
&dwc3_0 {
    status = "okay";
    dr_mode = "host";
};

 

如果要用到 ps 部分的 m.2 接口，测试 ssd 固态硬盘，可以输入命令打开内核配置界面，在 Device Drivers ---> NVME Support --->路径下，按 y 使能 nvme 驱动<*> NVM Express block device 后，保存配置并退出

 

petalinux-config -c kernel

 

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编译 petalinux 工程，生成 linux 镜像文件（BOOT.bin、boot.scr、image.ub、rootfs.tar.gz）

制作启动系统的 sd 卡，连接板卡的 ps 网口、dp 接口。板卡插上 u 盘、ssd 固态硬盘，uart 接口连接到主机，主机上打开串口终端。

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板卡上电，串口终端打印启动信息，启动信息打印完成会提示输入用户名

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2024.1 版本的 petalinux 系统默认用户名是 petalinux，初次登录会提示设置密码

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测试功能接口
测试 ps 网口：如果网口是连接到支持 dhcp 服务的接口或者路由器，使用 ifconfig 命令可以查看到自动分配的 ip 地址，可以使用 ping 命令实际测试一下

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测试 dp 接口：由于没有配置桌面环境，dp 接口连接到的显示器会显示另一个终端界面信息

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测试 usb 接口：输入命令“ dmesg |grep usb ”，可以看到识别到了对应的 usb 设备，如图可以看到我插入的金士顿的 u 盘设备

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测试 m.2 接口：输入命令“ ls /dev/nvme* ”，如果存在 nvme0，则说明识别到 ssd 设备

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确认 petalinux 工程生成的系统 ps 部分的功能正常后，我们需要生成 bsp 包

由于 2024.1 版本的 petalinux 工具存在的一些 bug，似乎会将工作目录错误定位到系统根目录，该版本直接打包 bsp 会出现如下报错

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一种解决方法是，在 ubuntu 的根目录下创建一个 build 目录并添加访问权限，用于通过 bsp 打包的过程检测，最终打包文件不受影响

 

sudo mkdir  -p /build
sudo chmod 777 /build

 

sudo mkdir -p /build最后成功打包生成 bsp

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pynq 工程
在 home 目录下打开终端，输入命令，创建 pynq 的工作目录

 

mkdir -p /home/alinx/Projects/pynq

 

输入命令，切换到工作目录，下载 pynq 工程

 

cd  /home/alinx/Projects/pynq
git clone https://github.com/Xilinx/PYNQ.git

 

输入命令，运行 pynq 的环境配置脚本（该脚本只需要执行一次）

 

cd /home/alinx/Projects/pynq/PYNQ/sdbuild/scripts
./setup_host.sh

 

在 /home/alinx/Projects/pynq/PYNQ/boards 目录下创建一个新目录 AXU15EGB，用于存放对应开发板的配置文件，将之前 petalinux 工程生成的 petalinux.bsp 文件拷贝到该目录下

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输入命令，创建并打开一个配置文件 AXU15EGB.spec

 

touch  AXU15EGB.spec
gedit  AXU15EGB.spec

 

touch AXU15EGB.spec修改 AXU15EGB.spec 文件内容如下

 

ARCH_AXU15EGB := aarch64
BSP_AXU15EGB := petalinux.bsp
#BITSTREAM_AXU15EGB := base/base.bit
FPGA_MANAGER_AXU15EGB := 1

STAGE4_PACKAGES_AXU15EGB := xrt pynq ethernet pynq_peripherals

 

由于 AXU15EGB 板卡上 mmc0 设备对应的是 emmc，mmc1 对应的是 sd 卡

我们现在需要使用 sd 卡启动，所以需要将 /PYNQ/sdbuild/boot/meta-pynq/recipes-bsp/device-tree/files/pynq_bootargs.dtsi 文件中的 mmcblk0p2 改为 mmcblk1p2

将资源链接提供的三个预编译文件拷贝到 /PYNQ/sdbuild/prebuilt 目录下

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输入命令，切换到 sdbuild 目录，配置 vitis 和 petalinux 的环境变量，编译 pynq 工程，编译过程中会有几次需要输入用户密码。（工程编译时间较长，编译时会从 github 上下载一些资源，如果网络稳定性较差，编译可能会失败）

 

cd  /home/alinx/Projects/pynq/PYNQ/sdbuild
source /opt/pkg/petalinux/settings.sh
source /tools/Xilinx/Vitis/2024.1/settings64.sh
make  BOARDS=AXU3EGB

 

如果是网络问题导致的编译失败，比如访问 github 下载某些资源失败，可以重新输入“ make BOARDS=AXU15EGB ”编译

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如果是其他报错，可以考虑输入命令“ make clean ”清除编译结果，然后重新编译工程

编译成功后会在 /PYNQ/sdbuild/output 目录下生成对应板卡型号的 img 镜像文件

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运行测试
 

将镜像文件烧写到 sd 卡
 

烧写后的 sd 卡在 ubuntu 中可以看到两个分区，PYNQ 分区存放启动镜像，root 分区存放根文件系统，其中 root 分区由于是 EXT4 格式，在 windows 下一般是看不到的。

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在 root 分区的 /usr/local/bin/ 目录下有一个 resizefs.sh 脚本，这个脚本会在系统初次启动时被执行，用于将 root 分区扩容到当前存储设备容量上限
 

在该目录下打开终端，输入命令，以 root 权限编辑文件，将里面的 mmcblk0 修改为 mmcblk1，保存文件并退出

 

sudo gedit resizefs.sh

 

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开发板接上 dp 接口，ps 网口，uart 接口，插入 sd 卡，上电启动
 

此时串口终端会打印启动信息，完成启动后会自动登录（用户名和密码都是xilinx）

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在串口终端中输入 ifconfig，确定 ps 网口分配到的 ip 地址，并确保主机和开发板能够双向 ping 通

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在主机中打开浏览器，在网址栏输入：开发板 ip 地址:9090 ，回车确认。输入密码：xilinx，点击 Log in

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此时会远程连接开发板上运行的 pynq 系统，并进入 jupyter 界面


dma 环通读写测试
 

本节测试用例参考文档

https://discuss.pynq.io/t/tutorial-pynq-dma-part-1-hardware-design/3133

https://discuss.pynq.io/t/tutorial-pynq-dma-part-2-using-the-dma-from-pynq/3134

搭建 AXU15EGB 的 dma 环通测试 vivado 工程，具体可以参考资源链接提供的 dma_test vivado 工程

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在 sd 卡 root 分区 /home/xilinx/jupyter_notebooks 目录下创建一个 testfile 目录
 

将 vivado 工程 /dma_test/dma_test.runs/impl_1 目录下的 design_1_wrapper.bit 文件和 /dma_test/dma_test.gen/sources_1/bd/design_1/hw_handoff 目录下的 design_1.hwh 文件拷贝到 testfile 目录下，将 design_1.hwh 文件改名为 design_1_wrapper.hwh，和 bit 文件保持一致
 

将资源链接提供的测试程序 dma_test.ipynb 拷贝到 testfile 目录下

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sd 卡插到板卡中，上电启动，查看 ip 地址。主机通过浏览器远程登录 pynq 系统，可以看到我们创建的 testfile 目录

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点击 testfile 目录下的 dma_test.ipynb 程序，进入程序编写和执行界面

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鼠标选中第一段程序，然后点击“运行”，这一段程序的功能是重新加载 bit 流，然后输出新 bit 流中各 ip 的配置状况，可以看到 dma 测试工程中的 axi_dma ip 的配置

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当第 1 段执行完成，选中框会自动移动到下一段，我们可以多次点击运行，逐步执行程序
 

第 2 段是查询 axi_dma ip 是否存在，如果存在则输出它的帮助信息

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第 3 段创建两个 dma 收发通道实例

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第 4、5、6 段申请一段内存地址 input_buffer，并填充数据

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第 7 段开始 dma 传输，第 8 段先申请一段内存地址 output_buffer 并打印其中部分数据，第 9、10 段接收 dma 传输过来的数据，并打印部分数据，可以看到和发送的数据一致。

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资源链接
百度网盘：
https://pan.baidu.com/s/1J1KnN_z404Skze42CUj7gQ
提取码: in8s

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