2. 开发环境搭建与工程创建

Zynq 的开发与纯 FPGA 或纯 ARM 开发最大的不同，在于它同时存在 PL（可编程逻辑）与 PS（处理系统）两个世界，而这两个世界分别由不同的工具链负责。Vivado 负责硬件平台（PL 逻辑、PS 配置、地址映射、引脚约束），Vitis 负责在 PS 上运行的裸机或 Linux 应用，PetaLinux 负责构建 Linux 系统镜像。三者不是并列关系，而是有明确的先后依赖：先有硬件平台，才有软件工程；先有 Linux 镜像，才有板级运行环境。理解这条依赖链，是搭建环境时避免“装了一堆工具却跑不起来”的关键。

工具链的职责与安装顺序

本节以 AMD（原 Xilinx）统一安装器为基础。Vivado、Vitis、PetaLinux 都可以通过同一安装器获取，但 PetaLinux 通常作为独立安装包提供，需要单独执行安装脚本。推荐的安装顺序是：先装 Vivado（含 Vitis），再装 PetaLinux，最后配置环境变量。

安装时需要注意几个实际参数：Vivado 安装目录不要包含中文和空格，例如使用 /tools/Xilinx；安装组件至少勾选 Zynq-7000 或 Zynq UltraScale+ 器件系列，否则创建工程时找不到目标芯片；PetaLinux 安装需要先安装其依赖包（如 libtinfo5、chrpath、socat、python3 等），否则 petalinux-create 会直接报错。

# 以 PetaLinux 2022.2 为例，安装到 /tools/Xilinx/petalinux
mkdir -p /tools/Xilinx/petalinux
./petalinux-v2022.2-10141622-installer.run \
    --dir /tools/Xilinx/petalinux

# 每次使用前 source 环境
source /tools/Xilinx/petalinux/settings.sh
echo $PETALINUX   # 应输出安装路径

Vivado 与 Vitis 的环境变量一般由安装器写入启动脚本，Linux 下可执行 source /tools/Xilinx/Vivado/2022.2/settings64.sh。判断安装是否成功，最直接的方式是执行 vivado -version 与 petalinux-util --version，能正确打印版本号即说明路径配置无误。

Zynq 硬件平台配置的核心内容

创建 Vivado 工程后，第一步是新建 Block Design 并添加 Zynq Processing System IP。这个 IP 的配置界面就是 Zynq 硬件平台配置的核心，其中几项直接决定后续软件能否运行：

  • PS-PL Configuration：决定是否启用 AXI HP/GP 接口、是否引出 M_AXI_GP0 等，影响 PL 与 PS 的数据通路。
  • Peripheral I/O Pins：启用 UART、SD、Ethernet、USB 等外设。Hello World 至少需要启用一个 UART，用于打印输出。
  • Clock Configuration：设置 PS 输入时钟频率（常见 33.333 MHz）和 CPU、DDR 时钟，需与开发板晶振一致。
  • DDR Configuration：选择 DDR 型号与位宽，错误配置会导致 FSBL 阶段就卡死。
  • MIO Configuration：分配 UART、SD 等信号到具体 MIO 引脚，必须与原理图一致。

配置完成后，需要执行 Validate Design，确认无地址冲突或未连接的关键接口。随后生成顶层 HDL Wrapper，导出硬件平台（Export Hardware），得到 .xsa 文件。这个 .xsa 是连接 Vivado 与 Vitis/PetaLinux 的桥梁，后续所有软件工程都基于它创建。

Zynq 开发工具链依赖与数据流 Vivado 硬件平台构建 Block Design + Zynq PS MIO / DDR / UART 配置 Generate Wrapper .xsa 硬件平台描述 Vitis 软件工程开发 Platform Project Application Project (Hello World) 编译 → .elf PetaLinux Linux 系统镜像构建 petalinux-create / config BOOT.BIN + image.ub 导入硬件描述 目标板运行 JTAG 下载 .elf SD 卡启动 Linux 串口输出 Hello World

第一个 Hello World 工程

在 Vitis 中，先基于导出的 .xsa 创建 Platform Project，工具会自动解析硬件信息并生成 BSP（板级支持包）。随后创建 Application Project，模板选择 Hello World，目标处理器选择 ps7_cortexa9_0（Zynq-7000）或 psu_cortexa53_0（Zynq UltraScale+）。

生成的 helloworld.c 内容非常简洁，核心就是通过 printf 向标准输出打印字符串。在裸机环境下，printf 默认重定向到 UART，因此只要 PS 端 UART 已启用且 MIO 配置正确，串口终端就能看到输出。

#include <stdio.h>
#include "platform.h"
#include "xil_printf.h"

int main()
{
    init_platform();
    print("Hello World\n\r");
    print("Successfully ran Hello World application\n\r");
    cleanup_platform();
    return 0;
}

编译后生成 .elf 文件。若使用 JTAG 调试，可直接在 Vitis 中右键 Run As → Launch Hardware，工具会自动下载比特流（若已生成）和 .elf，并在串口终端显示输出。若使用 SD 卡启动 Linux，则需要 PetaLinux 生成 BOOT.BIN 和 image.ub，将应用编译为 Linux 可执行文件后放入根文件系统。

判断 Hello World 是否真正跑通，不能只看 IDE 是否提示成功，而要看串口终端是否出现预期字符串。常见失败原因包括：UART 未在 PS 中启用、MIO 引脚分配与原理图不符、波特率不匹配（通常 115200）、DDR 配置错误导致 FSBL 卡死。建议先用 JTAG 方式验证裸机程序，确认硬件平台无误后，再转向 PetaLinux 构建 Linux 镜像。

PetaLinux 工程与镜像生成

PetaLinux 工程创建命令如下，其中 --template 常用 zynq 或 zynqMP：

petalinux-create --type project --template zynq --name hello_plnx
cd hello_plnx
petalinux-config --get-hw-description=/path/to/xsa_dir

配置阶段需要关注：串口选择（ps7_uart_1 或 psu_uart_1）、启动方式（SD 或 QSPI）、根文件系统类型。配置完成后执行 petalinux-build，最终在 images/linux 下得到 BOOT.BIN、image.ub 和 rootfs。将 BOOT.BIN 与 image.ub 放入 SD 卡 FAT 分区，设置启动模式为 SD，上电后串口即可看到 Linux 启动日志，登录后运行应用即可看到 Hello World 输出。

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