Installation de Linux sur la Zybo Z7-20 avec PetaLinux

Introduction

La Zybo Z7-20 est une carte de développement basée sur un FPGA Zynq-7000 de Xilinx, qui combine un processeur ARM Cortex-A9 bicœur et des ressources logiques programmables.

Ce guide a pour objectif de décrire l'installation et la configuration de Linux sur la Zybo Z7-20 en utilisant Vivado pour la génération du matériel et PetaLinux pour la création du système d'exploitation embarqué.

Prérequis

Vivado : Pour générer le bitstream et le XSA. Télécharger Vivado.
PetaLinux : Pour générer le système de fichiers, le FSBL (First Stage Bootloader), U-Boot et le noyau Linux. Guide d'installation PetaLinux.

Génération du Matériel

L'objectif est de générer un fichier XSA à partir du projet Vivado pour l'utiliser dans PetaLinux.

Qu'est-ce qu'un fichier XSA ?

Le fichier XSA contient toutes les informations nécessaires sur le design matériel, y compris les configurations des blocs IP, les contraintes de timing, les périphériques et les connexions internes. Il inclut également le bitstream généré.

Nous utilisons le dépôt officiel de la Zybo Z7-20 disponible sur GitHub en suivant le guide Digilent FPGA Demo Git Repositories. Ce dépôt contient une démonstration de la Zybo Z7-20 avec un design matériel complet et prêt à être utilisé.

Attention

Le dépot n'est pas mis à jour pour la version 2023.2 de Vivado, mais Vivado est capable de mettre à jour les IPs automatiquement.

Cloner le dépôt :

git clone --recursive https://github.com/Digilent/Zybo-Z7
cd Zybo-Z7
git checkout remotes/origin/20/Petalinux/master
git submodule update --init --recursive

Créer le projet Vivado en utilisant la commande suivante dans la console Tcl pour importer le projet :
```
set argv ""; source {local root repo}/hw/scripts/checkout.tcl
```
Veiullez remplacer {local root repo} par le chemin absolu du dépôt cloné.
Générer le bitstream. Un bitstream est un fichier binaire contenant la configuration complète pour programmer un FPGA. Il décrit les connexions et les configurations des éléments logiques programmables en fonction de votre design matériel dans Vivado.
Erreur
```
[IP_Flow 19-4965] IP ila_pixclk was packaged with board value 'digilentinc.com:zybo-z7-10:part0:1.0'. Current project's board value is 'digilentinc.com:zybo-z7-20:part0:1.1'. Please update the project settings to match the packaged IP.
```
- Solution Optionelle : Mettre à jour l'IP ila_pixclk pour correspondre à la valeur de la carte Zybo-Z7-20. Cette erreur n'affecte pas la génération du bitstream ou le fonctionnement ultérieur.
Exporter le matériel en générant le fichier XSA (Hardware Specification Archive).

Nous avons maintenant un fichier XSA que nous pouvons utiliser pour générer le système d'exploitation avec PetaLinux.

Génération du Système d'Exploitation

Petalinux

PetaLinux est un outil de développement d'OS embarqué qui simplifie le processus de création d'un système d'exploitation Linux embarqué pour les systèmes Zynq-7000, Zynq UltraScale+ MPSoC et MicroBlaze. L'objectif est d'utiliser le fichier XSA généré précédemment pour créer un système d'exploitation Linux embarqué pour la Zybo Z7-20.

Créer un nouveau projet

Générer un projet à partir du template Zynq :

petalinux-create --type project --template zynq --name petalinux_zybo

Configurer le projet

Configurer le projet avec le fichier XSA précédemment généré :
```
cd petalinux_zybo
petalinux-config --get-hw-description=<chemin_du_fichier_xsa>
```
Veillez à activer les options suivantes :
- Image Packaging Configuration -> Root filesystem type : Changer en EXT4.
- FPGA Manager -> FPGA Manager : Activer le FPGA Manager.
Petalinux 2023.2

Une erreur est présente dans la version 2023.2 de PetaLinux au niveau des bootargs, ro est présent à la place de rw.

Une solution possible est de rajouter rw aux bootargs dans DTG Settings -> Kernel bootargs -> Add extra boot args.
Définir l'adresse MAC dans Petalinux

Dans le menu de configuration Petalinux (petalinux-config), naviguez vers Subsystem AUTO Hardware Settings > Ethernet Settings pour définir l'adresse MAC de l'interface Ethernet. Vous avez deux principales options pour définir l'adresse MAC :
1. Spécifier une adresse MAC statique :
  - Entrez directement l'adresse MAC souhaitée dans le champ Ethernet MAC address.
2. Activer la génération d'une adresse MAC aléatoire :
  - Activez l'option Randomise MAC address. Cela vous permet de définir un modèle pour l'adresse MAC en utilisant le caractère ? pour spécifier des valeurs aléatoires.
  - Exemple : 00:0a:35:00:??:?? – Ce modèle fixe les quatre premiers octets et rend les deux derniers octets aléatoires.
Remarque : Si vous avez configuré une adresse MAC dans U-Boot, l'adresse MAC de l'environnement U-Boot aura la priorité sur la configuration Petalinux.

Remarque : Lors de l'utilisation de l'option Randomise MAC address, l'interface se verra attribuer une adresse MAC lors du premier démarrage et conservera cette adresse pour les démarrages suivants.

Pour plus d'informations détaillées, consultez le Guide de Référence des Outils Petalinux de AMD (UG1144).
Configurer le noyau
```
petalinux-config -c kernel
```
Veillez à activer les options suivantes du noyau :
- File systems -> Ext4 POSIX Access Control Lists : Activer.
- File systems -> Kernel automounter support (supports v3, v4 and v5) : Activer.
- Executable file formats -> Kernel support for MISC binaries : Activer.

Compiler & Générer les Fichiers Nécessaires

compiler le projet :

petalinux-build

Erreur

[libtinfo.so.5: cannot open shared object file: No such file or directory]

Solution : Sur Ubuntu, installer la bibliothèque requise :

sudo apt-get install libtinfo5

Avertissement

The busybox:do_fetch sig is computed to be e69f899fec71b53e8a81fc4af8d446ffaed28c1f02b202fa8cb783dce7c0d2e4, but the sig is locked to 4dcaff8c51438430803be8fa00f31476d3041a4c2d22474848e638e2fe9ebaba in SIGGEN_LOCKEDSIGS_t-cortexa9t2hf-neon

Note : Cet avertissement dans la version 2023.2 (et non 2023.1) concernant busybox:do_fetch sig est normal et n'affecte pas le processus. Support Xilinx.

Générer l'image de démarrage :
```
petalinux-package --boot --u-boot
```
Vous devriez avoir les fichiers suivants dans le répertoire ./images/linux :
```
BOOT.BIN
boot.scr
image.ub
```

Root File System

Des distributions minimales Debian/Ubuntu sont disponibles sur eewiki minfs. Téléchargez, par exemple, debian-12.1-minimal-armhf-2023-08-22.tar.xz. Veillez utiliser la version armhf.

Note

Il est possible de générer un RFS personnalisé nottament avec debootstrap ou buildroot.

Préparation de la Carte SD

Formater la Carte SD avec les partitions nécessaires. (Source)

Aligner à 4MiB.
Première partition : "BOOT", Au moins 500 MB. Formater en FAT32. 4MiB libres avant la première partition.
Deuxième partition : "RootFS", Utiliser l'espace restant. Formater en EXT4.

Procédure pour formater une carte SD avec fdisk

Étape 1: Lister les devices disponibles

D'abord, lister tous les devices de stockage disponibles pour identifier le device correspondant à la carte SD.

sudo fdisk -l

Cherchez votre carte SD dans la liste des devices. Supposons qu'il s'agit de /dev/mmcblk0 dans cet exemple.

Étape 2: Démarrer fdisk pour partitionner la carte SD

Démarrez fdisk sur le device de la carte SD.

sudo fdisk /dev/mmcblk0

Étape 3: Ajouter une nouvelle partition

Ajouter une nouvelle partition:

Command (m for help): n

Choisir le type de partition : primaire (p).
Numéro de partition : 1.
Premier secteur : 8192.
Dernier secteur : +500M (pour créer une partition de 500 MiB).

Partition type
   p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)
Select (default p): p
Partition number (1-4, default 1): 1
First sector (2048-15523839, default 2048): 8192
Last sector, +/-sectors or +/-size{K,M,G,T,P} (8192-15523839, default 15523839): +500M

Ajouter une seconde partition:

Command (m for help): n

Choisir le type de partition : primaire (p).
Numéro de partition : 2.
Premier secteur : utiliser le meme secteur que la fin de la première partition afin de laisser fdisck calculer l'espace restant.
Dernier secteur : laisser par défaut pour utiliser l'espace restant.

Command (m for help): n
 Partition type
    p   primary (1 primary, 0 extended, 3 free)
    e   extended (container for logical partitions)
 Select (default p): p
 Partition number (2-4, default 2): 2
 First sector (2048-15523839, default 2048): 8192

 Sector 8192 is already allocated.
 First sector (1032192-15523839, default 1032192): [Appuyer sur Entrée pour prendre par défaut]
 Last sector, +/-sectors or +/-size{K,M,G,T,P} (1032192-15523839, default 15523839): : [Appuyer sur Entrée pour prendre par défaut]

Étape 4: Écrire les changements

Écrire les modifications sur le disque et quitter fdisk:

Command (m for help): w

Étape 5: Formater les partitions

Lister les partitions pour confirmer les nouvelles partitions:
```
sudo fdisk -l
```
Formater la première partition en FAT32:
```
sudo mkfs.fat -F 32 /dev/mmcblk0p1
```
Formater la seconde partition en ext4:
```
sudo mkfs.ext4 /dev/mmcblk0p2
```

Exemple carte SD préparée

Numéro de partition (1,2, 2 par défaut) : 1

     Device: /dev/mmcblk0p1
      Start: 8192
        End: 1032191
    Sectors: 1024000
  Cylinders: 16001
       Size: 500M
         Id: 83
       Type: Linux
Start-C/H/S: 128/0/1
  End-C/H/S: 1023/3/16

Commande (m pour l'aide) : i
Numéro de partition (1,2, 2 par défaut) : 2

     Device: /dev/mmcblk0p2
      Start: 1032192
        End: 60751871
    Sectors: 59719680
  Cylinders: 933121
       Size: 28,5G
         Id: 83
       Type: Linux
Start-C/H/S: 1023/3/16
  End-C/H/S: 1023/3/16

lsblk -fs
NAME      FSTYPE FSVER LABEL                 UUID                                 FSAVAIL FSUSE% MOUNTPOINTS
sda1      vfat   FAT32                       84C0-4ABA                             579,8M     3% /boot/efi
└─sda
sda2      ext4   1.0                         4187e4a5-99f2-481b-b7fd-a80cf2a1d054    601M    31% /boot
└─sda
sda3      btrfs        fedora_localhost-live b630913f-76fe-45d9-bb4f-62c1e6005aeb  172,4G    22% /home
│                                                                                                /
└─sda
sr0
mmcblk0p1 vfat   FAT32                       EC04-463A
└─mmcblk0
mmcblk0p2 ext4   1.0                         29000ca8-9682-4bc6-ab5a-9963948fa3a5
└─mmcblk0

lsblk -a
NAME        MAJ:MIN RM   SIZE RO TYPE MOUNTPOINTS
sda           8:0    0 223,6G  0 disk 
├─sda1        8:1    0   600M  0 part /boot/efi
├─sda2        8:2    0     1G  0 part /boot
└─sda3        8:3    0   222G  0 part /home
                                      /
sr0          11:0    1  1024M  0 rom
mmcblk0     179:0    0    29G  0 disk 
├─mmcblk0p1 179:1    0   500M  0 part 
└─mmcblk0p2 179:2    0  28,5G  0 part 
zram0       252:0    0   7,6G  0 disk [SWAP]

Copier les Images. (Source)
- Copier BOOT.BIN, boot.scr, image.ub dans la partition boot.
- Copier le rootfs dans la partition rootfs puis décompresser.

Démarrage de la Zybo Z7-20

Insérez la carte SD dans votre Zybo Z7-20 et configurez la carte pour démarrer depuis la carte SD. (Digilent Zybo Z7-20 Reference Manual section 2.1)
- Insérez la carte microSD dans le connecteur J4.
- Attachez une source d'alimentation à la Zybo Z7 et sélectionnez-la en utilisant JP6.
- Placez un seul cavalier sur JP5, reliant les deux broches les plus à gauche (étiquetées "SD").
- Allumez la carte. La carte démarrera maintenant l'image sur la carte microSD.
Allumez la carte et surveillez le processus de démarrage via une connexion série.

Lancer un terminal série type gtkterm ou autre sur le bon port avec un baud rate de 115200, 8 bits et 1 bit de stop et aucun bit de parité
Vous devriez voir le démarrage de Linux sur votre Zybo Z7-20. Have fun !

Problèmes Connus lors du Démarrage

Starting init: /bin/sh exists but couldn't execute it (error -5)
Kernel panic - not syncing: No working init found.  Try passing init= option to kernel. See Linux Documentation/admin-guide/init.rst for guidance.

- Solution : Le RootFS est corrompu. Refaites la copie du RootFS sur la carte SD en vérifiant le sha256sum.