はじめに

EMLinux 3.1 (202404) がZynq UltraScale+ MPSoC ZCU102 Evaluation Kitに対応したので、QEMUで動かしてみました。

手順の概要

PetaLinux (rel-v2023.2) のビルドを実行し、QEMUでPetaLinuxを実行できる環境を作る。
EMLinux 3.1 (202404) をビルドする。
EMLinuxのビルド生成物を、上記PetaLinuxのビルド環境にコピーし、runqemuコマンドでEMLinuxを起動する。
- runqemuコマンド (実体はPython3のスクリプト) を実行すると、以下の記事の付録に記載のように、qemu-system-microblazeelコマンドおよびqemu-system-aarch64コマンドに多くのオプションが指定しされて実行されます。これらのオプションを手動で実行するのが面倒なので、runqemuコマンドを使いました。
  - PetaLinux (rel-v2023.2) をビルドしてQEMUで動かしてみた

参考

EMLinux
- EMLinux 無償評価版
Launching QEMU Using Xilinx Yocto toolchains
PetaLinux (rel-v2023.2) をビルドしてQEMUで動かしてみた

構成図

+------------------------------------------------------+
| +--------------------------------------------------+ |
| | +----------------------------------------------+ | |
| | | +------------------------------------------+ | | |
| | | | EMLinux 3.1 (202404)                     | | | |
| | | +------------------------------------------+ | | |
| | | Zynq UltraScale+ MPSoC ZCU102 Evaluation Kit | | |
| | +----------------------------------------------+ | |
| | QEMU                                             | |
| +--------------------------------------------------+ |
| Ubuntu Server                                        |
+------------------------------------------------------+

各ソフトウェアのバージョン

Ubuntu Server

$ cat /etc/lsb-release 
DISTRIB_ID=Ubuntu
DISTRIB_RELEASE=20.04
DISTRIB_CODENAME=focal
DISTRIB_DESCRIPTION="Ubuntu 20.04.6 LTS"

QEMU

$ ./qemu-system-aarch64 --version 
QEMU emulator version 7.1.0 (v2.6.0-55433-g23b643ba16-dirty)
Copyright (c) 2003-2022 Fabrice Bellard and the QEMU Project developers

QEMUはPetaLinuxビルド時に生成されたqemu-system-aarch64コマンドを使用しました。

/home/petalinux/github/petalinux-emlinux/build/tmp/work/x86_64-linux/qemu-helper-native/1.0-r1/recipe-sysroot-native/usr/bin

前提条件

以降の作業は、sudo権限を持つユーザiotsudoで実行しました。
iotsudoユーザのホームディレクトリは/hoem/iotsudoです。以降の作業は、/home/iotsudo上で行いました。

PetaLinux (rel-v2023.2) のビルド

作業用のディレクトリを作成し、そのディレクトリに移動してください。
```
mkdir -p /home/iotsudo/github/petalinux-emlinux
```
```
cd /home/iotsudo/github/petalinux-emlinux
```
以下の記事を参考にPetaLinuxをビルドし、起動できることを確認してください。
- PetaLinux (rel-v2023.2) をビルドしてQEMUで動かしてみた

起動確認後、別のターミナルを起動し、killコマンドでqemu-system-aarch64をkillしてください。

$ ps ax|grep qemu-system-aarch64
(snip)
1633421 pts/1    Sl+    7:14 /home/iotsudo/github/petalinux-emlinux/build/(snip)/qemu-system-aarch64 (snip)
$ kill -9 1633421

PetaLinuxのOSイメージが保存されているディレクトリを、以下のようにリネームしてください。
```
cd /home/iotsudo/github/petalinux-emlinux/build/tmp/deploy/images
```
```
mv zcu102-zynqmp zcu102-zynqmp_org
```

EMLinux 3.1 (202404) のビルド

以下を参考に、ビルドに必要なパッケージをインストールしてください。また、EMLinuxの展開まで行ってください。
- EMLinux 3.0 (202403) をQEMUでエミュレートしたRaspberry Pi 3で動かしてみた
EMLinuxの展開後、以下のファイルを参考に作業を進めます。
- EMLinux_3.1-202404/source/emlinux-3.1-202404/repos/meta-emlinux-ext-mpsoc/SETUP.md
PetaLinuxのBSPファイルを以下から入手してください。
- https://www.xilinx.com/support/download/index.html/content/xilinx/en/downloadNav/embedded-design-tools/2023-2.html
  - ダウンロードにはAMDのアカウントが必要です。
- 本記事では、xilinx-zcu102-v2023.2-10140544.bspを使用しました。
任意のディレクトリ (e.g., petalinux-bsp) を作成し、xilinx-zcu102-v2023.2-10140544.bspを保存してください。
```
mkdir -p /home/iotsudo/petalinux-bsp
```
bspファイルから取り出したfirmwareを保存するディレクトリ (e.g., firmware-2023.2) を作成してください。
```
mkdir -p /home/iotsudo/petalinux-bsp/firmware-2023.2
```

以下のコマンドを実行し、bspファイルからfirmwareを取り出してください。

tar xf xilinx-zcu102-v2023.2-10140544.bsp -C firmware-2023.2 --strip-component=4 xilinx-zcu102-2023.2/pre-built/linux/images/pmufw.elf

tar xf xilinx-zcu102-v2023.2-10140544.bsp -C firmware-2023.2 --strip-component=4 xilinx-zcu102-2023.2/pre-built/linux/images/zynqmp_fsbl.elf

tar xf xilinx-zcu102-v2023.2-10140544.bsp -C firmware-2023.2 --strip-component=4 xilinx-zcu102-2023.2/pre-built/linux/images/system.bit

上記、pmufw.elf, zynqmp_fsbl.elf, system.bitファイルを、EMLinuxのディレクトリにコピーしてください。

cd /home/iotsudo/petalinux-bsp/firmware-2023.2

cp * /home/iotsudo/EMLinux_3.1-202404/source/emlinux-3.1-202404/repos/meta-emlinux-ext-mpsoc/recipes-bsp/bootbin/files

以下の記事を参考に、EMLinuxをビルドするためのコンテナを起動してください。
- EMLinux 3.0 (202403) をQEMUでエミュレートしたRaspberry Pi 3で動かしてみた

シンボリックリンクを作成してください。

ln -sf ../repos/meta-emlinux-ext-mpsoc/scripts/add-layer-emlinux-ext-mpsoc setup-hooks/30-add-layer-emlinux-ext-mpsoc

ビルドに必要な環境変数を設定してください。
```
source setup-emlinux build
```

conf/local.confファイルに以下を追記してください。

vi conf/local.conf

MACHINE = "zcu102-zynqmp"
FSBL_FILE ="zynqmp_fsbl.elf"
PMU_FILE = "pmufw.elf"
BITSTREAM_FILE = "system.bit"

ビルドを実行してください。
```
bitbake emlinux-image-base
```
ビルド完了後、exitコマンドでコンテナを終了してください。

EMLinuxの起動

EMLinuxのビルド完了後、以下のディレクトリに移動してください。

cd /home/iotsudo/EMLinux_3.1-202404/source/emlinux-3.1-202404/build/tmp/deploy/images/

zcu102-zynqmpをコピーしてください。

cp -a zcu102-zynqmp /home/iotsudo/github/petalinux-emlinux/build/tmp/deploy/images

cd /home/iotsudo/github/petalinux-emlinux/build/tmp/deploy/images/zcu102-zynqmp

wicファイルをリネームし、ファイルサイズが2の乗数 (e.g., 1G) になるように変更してください。

cp emlinux-image-base-emlinux-bookworm-zcu102-zynqmp.wic petalinux-image-minimal-zcu102-zynqmp.wic.qemu-sd

qemu-img resize petalinux-image-minimal-zcu102-zynqmp.wic.qemu-sd 1G

devicetreeディレクトリを作成してください。
```
mkdir devicetree
```
devicetreeディレクトリに移動し、シンボリックリンクを作成してください。
```
cd devicetree
```
```
ln -s ../zynqmp-zcu102-rev1.0.dtb system-top.dtb
```
1つ上の階層のディレクトリに戻り、qemu-hw-devicetrees/multiarchディレクトリを作成してください。
```
cd ../
```
```
mkdir -p qemu-hw-devicetrees/multiarch
```

zcu102-zynqmp_orgから、zcu102-arm.dtbとzynqmp-pmu.dtbを、qemu-hw-devicetrees/multiarchにコピーしてください。

cp ../zcu102-zynqmp_org/qemu-hw-devicetrees/multiarch/zcu102-arm.dtb qemu-hw-devicetrees/multiarch

cp ../zcu102-zynqmp_org/qemu-hw-devicetrees/multiarch/zynqmp-pmu.dtb qemu-hw-devicetrees/multiarch

以下のファイルをコピーしてください。

cp ../zcu102-zynqmp_org/arm-trusted-firmware.elf .

cp ../zcu102-zynqmp_org/petalinux-image-minimal-zcu102-zynqmp.qemuboot.conf .

cp ../zcu102-zynqmp_org/pmu-firmware-zcu102-zynqmp.elf .

cp ../zcu102-zynqmp_org/system.dtb .

cp ../zcu102-zynqmp_org/u-boot.elf .

treeコマンドの実行結果が以下のようになることを確認してください。

$ tree
.
├── arm-trusted-firmware.elf
├── devicetree
│   └── system-top.dtb -> ../zynqmp-zcu102-rev1.0.dtb
├── emlinux-image-base-emlinux-bookworm-zcu102-zynqmp.dpkg_status
├── emlinux-image-base-emlinux-bookworm-zcu102-zynqmp-initrd.img
├── emlinux-image-base-emlinux-bookworm-zcu102-zynqmp.manifest
├── emlinux-image-base-emlinux-bookworm-zcu102-zynqmp.tar.gz
├── emlinux-image-base-emlinux-bookworm-zcu102-zynqmp.wic
├── emlinux-image-base-emlinux-bookworm-zcu102-zynqmp.wic.bmap
├── emlinux-image-base-emlinux-bookworm-zcu102-zynqmp.wic.gz
├── files.modified_timestamps
├── Image
├── petalinux-image-minimal-zcu102-zynqmp.qemuboot.conf
├── petalinux-image-minimal-zcu102-zynqmp.wic.qemu-sd
├── pmu-firmware-zcu102-zynqmp.elf
├── pmu-rom.elf
├── qemu-hw-devicetrees
│   └── multiarch
│       ├── zcu102-arm.dtb
│       └── zynqmp-pmu.dtb
├── system.dtb
├── u-boot.elf
└── zynqmp-zcu102-rev1.0.dtb

/home/iotsudo/github/petalinux-emlinux/に移動し、環境変数を設定してください。
```
cd /home/iotsudo/github/petalinux-emlinux/
```
```
source setupsdk
```

以下のコマンドを実行してください。

MACHINE=zcu102-zynqmp runqemu petalinux-image-minimal nographic

ログインプロンプトが出てきたら、ユーザ名root、パスワードrootでログインしてください。

(snip)
Starting kernel ...

[    0.000000] Booting Linux on physical CPU 0x0000000000 [0x410fd034]
[    0.000000] Linux version 6.1.80-cip16 (isar-users@googlegroups.com) (aarch64-linux-gnu-gcc (Debian 12.2.0-14) 12.2.0, GNU ld (GNU Binutils for Debian) 2.40) #1 SMP Thu, 01 Jan 1970 01:00:00 +0000
[    0.000000] Machine model: ZynqMP ZCU102 Rev1.0
(snip)
EMLinux 3.1 EMLinux3 ttyPS0
EMLinux3 login: root
Password: 
Linux EMLinux3 6.1.80-cip16 #1 SMP Thu, 01 Jan 1970 01:00:00 +0000 aarch64
(snip)

さいごに

まだ、残項目はあるものの、EMLinux 3.1 (202404) をQEMUでエミュレートしたZCU102で動かしてみました。

残項目

IPアドレスが有効にならない

root@EMLinux3:~# ip a 
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
    inet 127.0.0.1/8 scope host lo
       valid_lft forever preferred_lft forever
    inet6 ::1/128 scope host noprefixroute 
       valid_lft forever preferred_lft forever
2: sit0@NONE: <NOARP> mtu 1480 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/sit 0.0.0.0 brd 0.0.0.0
3: can0: <NOARP,ECHO> mtu 16 qdisc noop state DOWN group default qlen 10
    link/can 
4: end0: <BROADCAST,MULTICAST> mtu 1500 qdisc noop state DOWN group default qlen 1000
    link/ether 1a:60:57:80:25:cf brd ff:ff:ff:ff:ff:ff

EMLinux 3.1 (202404) をQEMUでエミュレートしたZCU102で動かしてみた