(原創) 如何在DE2上安裝μClinux作業系統? (IC Design) (DE2) (Nios II) (OS) (Linux) (CentOS) (μClinux)

Abstract

若要在DE2上使用作業系統，除了Nios II EDS內建支援的μC/OS-II外，μClinux也能在DE2上跑。

Introduction

使用環境：Quartus II 7.2 SP1 + Nios II EDS 7.2 SP1 + DE2(Cyclone II EP2C35F627C6) + VMWare 6.0.2 + CentOS 5.1

既然Nios II EDS已經支援μC/OS-II，為什麼還要另外跑μClinux呢?

μC/OS-II

優點：所占的資源很少，只要FPGA上的on-chip memory就可以跑。

缺點：將原本在Linux上的open source軟體porting到μC/OS-II難度較高。

μClinux

優點：使用Linux kernel，所以將Linux上open source軟體porting到μClinux較容易。

缺點：所占的資源較多，須要使用到SDRAM。

所以μC/OS-II和μClinux各擅勝場，開發人員可視實際需要選擇使用哪一個OS。

DE2安裝μClinux的幾個方法

1.兩台PC，一台使用Windows作業系統，另一台使用Linux作業系統：

Windows上安裝Quartus II與SOPC Builder產生硬體.sof與.ptf，而在Linux進行μClinux的cross compiler，兩台PC透過ftp或Samba傳檔。

2.一台PC，使用Linux作業系統：

安裝Linux版的Quartus II與SOPC Builder產生硬體.sof與.ptf，也在Linux上進行μClinux的cross compiler，軟硬體皆在Linux上完成。

3.一台PC，使用Windows作業系統：

安裝Windows版的Quartus II與SOPC Builder產生硬體.sof與.ptf，並安裝cygwin進行μClinux的cross compiler，軟硬體皆在Windows上完成。

4.一台PC，使用Windows作業系統，並在VMWare安裝Linux作業系統：

安裝Windows版的Quartus II與SOPC Builder產生硬體.sof與.ptf，並在VMWare上安裝Linux進行μClinux的cross compiler，Windows與Linux之間透過VMWare Tools傳檔，請參閱(原創) 如何在CentOS安裝VMWare Tools? (OS) (Linux) (CentOS) (VMWare)。

第一種方式，需要兩台PC，當然是最麻煩的方式。若只有一台PC，而且你只用Linux，就用第二種方式，若你只有一台PC，且使用Windows，第三種方式與第四種方式皆可行，看你習慣哪一種。本文討論的是第四種方式配合VMWare。

DE2的硬體設計

你可以自行用Verilog設計硬體並搭配SOPC Builder產生Nios II，最後用Quartus II編譯產生.sof與.ptf，這方面我在之前的文章已經討論了很多，都在IC Design分類下，請自行參閱。為了簡化起見，我使用友晶科技CD所提供的Reference Design。Nios II的Reference Design放在DE2 CD中的\DE2_demonstrations\SOPC_Builder\Reference_Design\下，(或從http://www.terasic.com/downloads/cd-rom/de2/ 下載)，若你想自己從頭到尾自己由SOPC Builder建立，請參閱(原創) 如何自己用SOPC Builder建立一個能在DE2上跑μC/OS-II的Nios II系統? (IC Design) (DE2) (Quartus II) (Nios II) (SOPC Builder) (μC/OS-II)。

友晶提供的Reference Design是Quartus II 6.0與7.1的版本，若你使用7.2或更高的版本，建議你用SOPC Builder開啟後，更新SOPC Builder格式並重新generate system_0.ptf，然後用Quartus II重新compile DE2_NIOS.sof，這兩個檔等一下會用到。

在Linux上安裝Nios II gcc cross compiler

等一下我們會下載μClinux的source code，重新編譯成能在Nios II跑的版本，在此之前必須先安裝Nios II gcc cross compiler。

Step 1：

下載nios2gcc.tar.bz2或Altera原廠的nios2gcc-20080203.tar.bz2至/usr/local/src

Step 2：

將nios2gcc.tar.bz2解壓縮到/opt/nios2

[root@localhost src]# tar -jxvf nios2gcc.tar.bz2 -C /

Step 3：

設定cross compiler路徑

[root@localhost src]# vi ~/.bash_profile

修改bash_profile的內容如下所示，加上/opt/nios2/bin路徑

# .bash_profile

# Get the aliases and functions

if [ -f ~/.bashrc ]; then

. ~/.bashrc

fi

# User specific environment and startup programs

PATH=$PATH:$HOME/bin:/opt/nios2/bin

export PATH

unset USERNAME

Step 4：

重新執行bash_profile script，讓所設定的路徑馬上生效，不必再重新登出登入

[root@localhost src]# source ~/.bash_profile

Step 5：

測試Nios II gcc cross compiler是否安裝成功

[root@localhost src]# nios2-linux-uclibc-gcc -v

若出現以下結果，表示Nios II gcc cross compiler已經設定成功

Reading specs from /opt/nios2/lib/gcc/nios2-linux-uclibc/3.4.6/specs

Configured with: /root/buildroot/toolchain_build_nios2/gcc-3.4.6/configure --prefix=/opt/nios2 --build=i386-pc-linux-gnu --host=i386-pc-linux-gnu --target=nios2-linux-uclibc --enable-languages=c --enable-shared --disable-__cxa_atexit --enable-target-optspace --with-gnu-ld --disable-nls --enable-threads --disable-multilib --enable-cxx-flags=-static

Thread model: posix

gcc version 3.4.6

編譯μClinux核心

Step 1：

到Embedded Linux/Microcontroller Project下載μClinux到/usr/local/src，本文用的是uClinux-dist-20070130.tar.gz。

Step 2：

將uClinux-dist-20070130.tar.gz解壓縮

[root@localhost src]# tar -zxvf uClinux-dist-20070130.tar.gz

uClinux-dist-20070130.tar.gz解開後占1.9GB，若解壓縮過程有錯誤，大部分原因都是硬碟滿了，請注意你VMWare所設定的硬碟大小。

Step 3：

下載μClinux kernel patch for Nios II：uClinux-dist-20070130-nios2-02.7z到/usr/local/src/uClinux-dist。

Step 4：

安裝μClinux kernel patch for Nios II

[root@localhost src]# cd uClinux-dist

[root@localhost uClinux-dist]# gunzip -c uClinux-dist-20070130-nios2-02.diff.gz | patch -p0

若出現以下結果，表示patch成功

patching file vendors/Altera/nios2nommu/config.arch

patching file vendors/Altera/nios2nommu/config.linux-2.6.x

patching file lib/libpng/Makefile

patching file linux-2.6.x/include/asm-nios2nommu/ide.h

patching file linux-2.6.x/include/linux/elf-em.h

patching file linux-2.6.x/usr/Makefile

patching file linux-2.6.x/arch/nios2nommu/kernel/vmlinux.lds.S

patching file linux-2.6.x/arch/nios2nommu/drivers/Kconfig

patching file linux-2.6.x/arch/nios2nommu/drivers/altcf.c

patching file linux-2.6.x/arch/nios2nommu/drivers/pci/Kconfig

patching file linux-2.6.x/arch/nios2nommu/drivers/pci/pci-auto.c

patching file linux-2.6.x/arch/nios2nommu/drivers/pci/pci.c

patching file linux-2.6.x/arch/nios2nommu/drivers/pci/Makefile

patching file linux-2.6.x/arch/nios2nommu/drivers/spi.c

patching file linux-2.6.x/arch/nios2nommu/drivers/Makefile

patching file linux-2.6.x/drivers/mtd/maps/altera.c

patching file linux-2.6.x/drivers/mtd/maps/Kconfig

patching file linux-2.6.x/drivers/net/Kconfig

patching file linux-2.6.x/drivers/net/Makefile

patching file linux-2.6.x/drivers/net/dm9ks.c

patching file linux-2.6.x/drivers/net/open_eth.c

patching file linux-2.6.x/drivers/net/dm9000.c

patching file linux-2.6.x/drivers/net/Space.c

patching file linux-2.6.x/drivers/net/smc91x.c

patching file linux-2.6.x/drivers/net/smc911x.c

patching file linux-2.6.x/drivers/net/mtip1000.c

patching file linux-2.6.x/drivers/usb/Kconfig

patching file linux-2.6.x/drivers/usb/host/Kconfig

patching file linux-2.6.x/drivers/usb/host/isp1362-hcd.c

patching file linux-2.6.x/drivers/usb/host/Makefile

patching file linux-2.6.x/drivers/usb/host/isp1362.h

patching file linux-2.6.x/drivers/usb/Makefile

patching file linux-2.6.x/drivers/ide/ide.c

patching file user/microwin/src/fonts/X6x13.c

patching file user/microwin/src/demos/nxroach/Makefile

patching file user/microwin/src/demos/nanox/nxterm.c

patching file user/microwin/src/demos/nanox/nterm.c

patching file user/microwin/src/demos/nxkbd/keynum.c

patching file user/microwin/src/demos/nxkbd/keyctrl.c

patching file user/microwin/src/demos/nxkbd/keyshft.c

patching file user/microwin/src/Makefile.rules

patching file user/microwin/src/drivers/kbd_ttyscan.c

patching file user/microwin/src/drivers/scr_fb.c

patching file user/microwin/src/drivers/mou_ser.c

patching file user/ftpd/ftpcmd.c

patching file user/ftpd/Makefile

Step 5：

建立make file

[root@localhost uClinux-dist]# make menuconfig

Ok, booting the kernel.

Linux version 2.6.19-uc1 (root@localhost.localdomain) (gcc version 3.4.6) #2 PR

EMPT Sun Jun 8 23:28:30 CST 2008

uClinux/Nios II

Altera Nios II support (C) 2004 Microtronix Datacom Ltd.

Built 1 zonelists. Total pages: 2032

Kernel command line:

PID hash table entries: 32 (order: 5, 128 bytes)

Dentry cache hash table entries: 1024 (order: 0, 4096 bytes)

Inode-cache hash table entries: 1024 (order: 0, 4096 bytes)

Memory available: 5956k/8192k RAM, 0k/0k ROM (1465k kernel code, 680k data)

Mount-cache hash table entries: 512

NET: Registered protocol family 16

NET: Registered protocol family 2

IP route cache hash table entries: 1024 (order: 0, 4096 bytes)

TCP established hash table entries: 1024 (order: 0, 4096 bytes)

TCP bind hash table entries: 1024 (order: 0, 4096 bytes)

TCP: Hash tables configured (established 1024 bind 1024)

TCP reno registered

io scheduler noop registered

io scheduler deadline registered (default)

Serial: JTAG UART driver $Revision: 1.3 $

ttyJ0 at MMIO 0x806810f0 (irq = 1) is a jtag_uart

TCP cubic registered

NET: Registered protocol family 1

NET: Registered protocol family 17

Freeing unused kernel memory: 572k freed (0x97a000 - 0xa08000)

Shell invoked to run file: /etc/rc

Command: hostname uClinux

Command: mount -t proc proc /proc

Command: mount -t sysfs sysfs /sys

Command: mount -t usbfs none /proc/bus/usb

mount: Mounting none on /proc/bus/usb failed: No such file or directory

Command: mkdir /var/tmp

Command: mkdir /var/log

Command: mkdir /var/run

Command: mkdir /var/lock

Command: mkdir /var/empty

Command: ifconfig lo 127.0.0.1

Command: route add -net 127.0.0.0 netmask 255.0.0.0 lo

Command: cat /etc/motd

Welcome to

____ _ _

/ __| ||_|

_ _| | | | _ ____ _ _ _ _

| | | | | | || | _ \| | | |\ \/ /

| |_| | |__| || | | | | |_| |/ \

| ___\____|_||_|_| |_|\____|\_/\_/

| |

|_|

For further information check:
http://www.uclinux.org/
Execution Finished, Exiting

Sash command shell (version 1.1.1)

/>

若看到這個畫面，表示μClinux已經順利執行在DE2上。

Conclusion

當我最後看到μClinux的logo出現時，真的是既讚嘆又感恩，讚嘆的是Linux就這樣跑在嵌入式系統了，感恩的是前人的porting讓我們能在DE2順利的跑μClinux。這真是一次奇妙的軟硬體合作經驗，從FPGA到OS，又從Linux回到Windows，不得不讚嘆嵌入式系統的神奇。

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(原創) 如何解決『Error: More than one programming cable found in available hardware list --use--list option to display available hardware list and specify correct cableprogramming』錯誤訊息? (SOC) (Nios II) (μClinux) (DE2) (DE2-70)

Reference

Nios Wiki

Embedded Linux/Microcontroller Project

楊亮亮的在DE2板上终于可以跑uclinux了