「正点原子FPGA连载」第十章Linux图形界面的使用

1）摘自【正点原子】领航者 ZYNQ 之linux驱动开发指南

2）实验平台：正点原子领航者ZYNQ开发板
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第十章Linux图形界面的使用
一般我们使用Linux大多都是使用终端进行操作，也就是使用字符界面。其实Linux也是有图形界面的，比如我们使用的Ubuntu主机，默认就是GNOME图形界面。与Windows系统不同的是，Windows的图形界面是不可以更换和卸载的，而且图形界面崩溃了，整个系统基本就崩溃了，而Linux的图形界面只是一个应用程序，可以更换和卸载，常用的图形界面有GNOME、KDE、Xfce、LXDE等。本章我们讲解如何在领航者开发板上使用Linux图形界面。
10.1简介
在Windows系统下我们习惯了使用图形界面，不仅享受到了图形界面的操作方便，而且沉浸在图形界面的富娱乐化中，这与Windows长期主要定位于个人桌面端有关。而Linux系统由于开源、稳定的优点长期服务于服务器领域，而服务器领域对图形界面的要求不高，而且缺少商业化的运作，所以Linux的图形界面发展较为缓慢，当然了，现在情况不一样了，随着Linux系统这些年的发展，linux的图形界面做的越来越优秀了，像我们现在使用的16.04版本的Ubuntu发行版的图形界面跟Windows系统的有点差异，可能有点不习惯，18.04版本的Ubuntu发行版的图形界面跟Windows系统的图形界面风格相差无几了。
Linux的图形界面，以下简称桌面有很多，如GNOME、KDE、XFCE、LXDE等，每个桌面都有属于自己的风格特点。与GNOME、KDE不同的是，XFCE、LXDE定位于轻量级的桌面，可用于硬件性能配置不高的电脑或嵌入式领域。因为图形界面对硬件性能还是有要求的，正因为如此，我们平常使用的电脑都带有GPU，当然了，嵌入式领域很少带GPU的，所以一般使用的是轻量级的桌面，或者用Qt搭建一个。
桌面对于Linux系统来说，只是一个应用程序，所以是可以移植的，由于我们的主要目的不是怎么移植桌面，所以没有必要把精力花费在这上面，当然了，有兴趣的可以尝试下。那我们怎么使用桌面呢？
一般Linux的发行版都是带有桌面的，像我们常用的Debian发行版、Ubuntu发行版都是带有桌面的。所以我们只需要使用这些Linux发行版的根文件系统就可以了。这些发行版的根文件系统从哪儿来呢，需要移植吗?
正如现在的世界是一个开源的世界，有很多事情别人帮我们做好了，而且开放共享出来了，所以我们就没必要把精力放在这一块了，毕竟人生短暂，得把时间用在自己努力的方向上。所以我们在这介绍一家公司—Linaro，简介如下：
Linaro ，一间非营利性质的开放源代码软件工程公司，主要的目标在于开发不同半导体公司系统单芯片（SoC）平台的共通软件，以促进消费者及厂商的福祉。由ARM、飞思卡尔、IBM、Samsung、ST-Ericsson及德州仪器(TI)等半导体厂商联合，在2010年3月成立。针对于各个成员推出的ARM系统单芯片（SoC），它开发了ARM开发工具、Linux 内核以及Linux发行版（包括Android及Ubuntu）的主要自动建构系统。
一般我们使用的ARM编译工具链是由这家公司提供的。我们需要的Linux发行版的根文件系统该公司也已经做好了，提供在网站：https://releases.linaro.org/上，我们访问该网站，网站主界面如下图所示：

图 21.1.1 Linaro下载网站

可以看到有一个名为“archive”和“debian”的目录，我们先看下debian目录。进入“debian”目录下的“images”，如下图所示：

图 21.1.2 debian发行版不同的根文件系统

可以看到Linaro提供了debian不同发行版的根文件系统。其中名称带“arm64”表明是用于ARM 64位的架构，“arm-hf”用于ARM 32位的架构。我们使用的ZYNQ是ARM 32位的，所以选择名称带“arm-hf”的都是可以的。由于这里我们使用Linux图形界面，所以选择alip-armhf，如果使用不带图形界面的debian根文件系统，可以选择另外两个。进入alip-armhf目录下，如下图所示：

图 21.1.3 alip-armhf目录

在该界面可以看到很多的目录，不同的数字代表过去不同的发布时间，我们进入“latest“目录下，也就是最近的发布版本，如下图所示：

图 21.1.4 “latest“目录

里面有7个文件，其中根文件系统放在linaro-jessie-alip-20161117-32.tar.gz文件中，我们可单击该文件进行下载，本章我们使用的就是该文件。
上面介绍完了Debian的根文件系统，下面我们看下Ubuntu根文件系统。返回到主界面，进入“archive”目录下，拉到页面底部，如下图所示：

图 21.1.5 “ubuntu”的目录

可以看到有一个名为“ubuntu”的目录，进入该目录的“images”目录下，如下图所示：

图 21.1.6 Ubuntu发行版不同的根文件系统

可以看到Linaro提供的Ubuntu不同发行版的根文件系统。同样其中名称带“arm64”表明是用于ARM 64位的架构，不带“arm64”的用于ARM 32位的架构。其中gnome表示该目录下的根文件系统，使用的是gnome图形界面。Developer是不带桌面的，可自行安装。
该网站提供的Debian和Ubuntu的根文件系统都是可以直接使用的。下面我们以Debian根文件系统的linaro-jessie-alip-20161117-32.tar.gz文件为例，讲解如何使用。
10.2配置Petalinux工程
进入到第六章创建的Petalinux工程目录下，输入如下命令，设置Petalinux运行所需的环境变量，
sptl
执行结果如下图所示：

图 21.2.1 设置Petalinux运行所需的环境变量

现在重新配置petalinux，重新设置根文件系统类型，输入如下命令：

1. petalinux-config

在弹出的配置界面中，进入到“Image Packaging Configuration”菜单下的“Root filesystem type (INITRAMFS)”子菜单下，如下图所示：

图 21.2.2 选择“SD card”

选择“SD card”，按键盘上的“Enter”键返回。其他选项保持上一章的设置使用我们自己的Linux内核，不然驱动不了HDMI。现在保存配置并退出。
10.3编译Petalinux工程
现在我们编译整个Petalinux工程，在终端输入如下命令：

1. petalinux-build
   执行结果如下图所示：
   

图 21.3.1 编译整个Petalinux工程

10.4制作BOOT.BIN启动文件并复制到SD卡
使用下面命令生成 BOOT文件：

1. petalinux-package --boot --fsbl ./images/linux/zynq_fsbl.elf --fpga --u-boot --force

执行结果如下图所示：

图 21.4.1 生成 BOOT文件

生成BOOT文件后，我们插入SD卡，将该工程image/linux目录下的BOOT.BIN和image.ub文件拷贝到名为BOOT的分区也即/dev/sdc1分区中，如下图所示：

图 21.4.2 复制启动镜像到第一个分区

10.5拷贝根文件系统到SD卡的ext4分区
下载完linaro-jessie-alip-20161117-32.tar.gz文件后，将其复制到Ubuntu系统中，或复制到Windows系统下的share共享目录，此处以复制到share共享目录为例。从图 21.4.2可以看到已经挂载了SD卡的rootfs分区，该分区之前我们一直未使用到，现在终于派上用场了。该分区挂在/media/zynq/rootfs/下，如下图所示：

图 21.5.1 SD卡的挂载点

我们在Ubuntu主机终端输入如下命令将Debian根文件系统解压到SD卡的rootfs分区，

1. sudo tar zxvf /mnt/hgfs/share/linaro-jessie-alip-20161117-32.tar.gz -C /media/zynq/rootfs/

复制代码

如下图所示：

图 21.5.2 将Debian根文件系统解压到SD卡的rootfs分区

解压完成后，看下/media/zynq/rootfs/目录，输入命令“ls /media/zynq/rootfs/”，如下图所示：

图 21.5.3 查看/media/zynq/rootfs/目录

可以看到有一个binary目录，我们需要将binary目录下的根文件系统移动到rootfs分区下，在终端输入如下命令

1. cd /media/zynq/rootfs/
2. sudo mv binary/* .
3. sudo rmdir binary/

如下图所示：
图 21.5.4 移动根文件系统
现在可以卸载SD卡了，特别注意要在终端中卸载，输入如下命令：

1. sudo umount /dev/sdc*

/dev/sdc是笔者的SD卡所在目录，输入上面命令后，终端中弹出下一个提示符时才能拔出SD卡，如下图所示：

图 21.5.5 卸载SD卡

过早拔出SD卡会导致开发板上的Linux系统启动失败。
10.6在开发板上启动Linux
将SD卡插入领航者开发板的SD卡槽（卡槽位于开发板背面），然后使用Mini USB连接线将开发板左侧的USB_UART接口与电脑连接，用于串口通信。接下来将领航者底板上的启动模式开关设置为从SD卡启动。最后连接开发板的电源线，并打开电源开关。
HDMI显示器显示的内容如下图所示：

图 21.6.1 Debian根文件系统显示的桌面

串口终端显示如下图所示：

图 21.6.2 串口终端

现在如果我们在领航者开发板上接上鼠标和键盘，就可以操作了。图形界面的使用就不介绍了，跟Windows系统的桌面差不多。
至此我们完成了Linux图形界面的使用。还记得linaro网站下的ubuntu根文件系统嘛，同样也是解压到SD卡的EXT4分区就可以使用了。如果使用的是不带桌面的根文件系统，可以自行安装一个。