摆脱PetaLinux繁琐配置：在ZYNQ上快速部署Ubuntu系统
为大家提供了已移植适配的根文件系统，下载后直接解压至SD卡的EXT4分区即可使用。目前提供Ubuntu 14.04、20.04、22.04多个版本，并将持续更新更多新版Ubuntu系统。大幅节省开发时间，让您能专注于软件开发，成倍提升效率！
制作不易，记得三连哦，给我动力，持续更新！！！
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前言
在 ZYNQ-7000 平台上进行嵌入式 Linux 开发时，根文件系统的构建与配置至关重要。然而，Xilinx 原生的 PetaLinux 根文件系统配置繁琐复杂，而网络上常见的 Ubuntu 移植教程又往往版本过旧或漏洞百出，使移植过程困难重重。
为此，我们推出了专为 Zynq 定制的一站式解决方案：一个开箱即用的通用 Ubuntu 根文件系统，经深度优化与预配置，可帮助开发者快速部署，大幅节省开发时间。我们不仅分享在 Ubuntu 根文件系统制作、优化与部署中的实践经验与踩坑总结，助您少走弯路，还承诺实时更新，随时提供最新版本的 Ubuntu 系统，确保您的开发始终基于最稳定、最先进的环境。
本文将指导您快速完成以下核心步骤：
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使用 Vivado 生成硬件描述文件
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通过 Petalinux 编译生成 BOOT.bin 和内核
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制作 Ubuntu 根文件系统
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移植 ZYNQ 硬件配置至 Ubuntu
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制作 SD 卡启动盘
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进行程序的测试
我们将基于一个简单的 PL 与 PS 交互程序，从 Vitis 逻辑验证 到 Ubuntu 系统功能验证（如网络、APT），确保系统完全可用。
一、准备环境
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开发板：ZYNQ-7000 系列
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vivado、petalinx版本：2019.2
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Host 环境：Ubuntu 20.04/22.04
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工具：
chroot、qemu-user-static、交叉编译工具链
二、✅功能展示
在文章开始之前，首先来看看本篇文章具体做了什么
❶ 搭建一个PL和PS交互的程序
本次设计通过 Zynq 的 EMIO 接口，实现对 PL 端 LED 状态读取与开关控制，并实时监测 SW 开关状态
❷ 通过vitis进行功能验证
编写一个逻辑程序，通过SW去控制LED灯状态
❸ 制作ubuntu系统，并对功能进行验证
通过串口进入ubuntu系统
SSH连接ZYNQ ubuntu系统
通过读取SW和控制LED灯程序进行验证
1. 通过命令行打印SW、LED状态
2. 开发板硬件状态
三、程序设计
在构建系统之前，首先需要准备一个基础的 Zynq 硬件设计程序，作为系统搭建与验证的硬件平台。该设计不仅为后续的 Ubuntu 系统提供底层支持，同时也用于验证系统与开发板的兼容性及基本功能是否正确运行。
首先，需创建一个 Vivado 工程，添加并配置 Zynq 处理系统模块，重点启用并扩展 EMIO 接口，同时集成 AXI GPIO 控制器等外设模块。
整体的Block Design设计以及地址分配如下图所示：大家可以根据自己的开发板进行适当更改，这里需要大家有点zynq基础。
程序搭建好之后，就要用petalinx进行编译，具体设计步骤与方法，可参考我之前的详细教程：
通过本教程，您将获得嵌入式系统启动所需的三个核心文件：
-
BOOT.bin（内含 FSBL、比特流与 U-Boot 的启动文件）
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image.ub（包含 Linux 内核与设备树的镜像文件）
-
rootfs.tar.gz（PetaLinux 根文件系统压缩包）
这些文件是后续 Zynq 系统设计与 Ubuntu 移植的必备基础，在接下来的步骤中均会发挥关键作用。
四、制作ubuntu根文件系统
本章是本系列最核心的内容：详解如何为 Zynq 制作 Ubuntu 根文件系统。本次实践将采用 Ubuntu 22.04 作为基础版本，全程聚焦于实际构建步骤。以下为具体操作流程：
1. 首先在PC主机Ubuntu系统中安装qemu模拟器：
sudo apt-get install qemu-user-static2. 下载ubuntu22.04 base 包
下载链接：
需要下载 -armhf 结尾的，是适用于zynq系列的，arm64 结尾的是适用于zynqMP的。
3. 在PC主机Ubuntu系统挂载此根文件系统
# 解压缩base包
sudo tar -xvf ubuntu-base-22.04.4-base-armhf.tar.gz
# 配置网络，复制本机 resolv.conf 文件
sudo cp /etc/resolv.conf ./ubuntu/etc/resolv.conf
# 换源
sudo vim ./ubuntu/etc/apt/sources.list
# 拷贝 qemu-arm-static 到 ubuntu_rootfs/usr/bin/ 目录下。
sudo cp $(which qemu-arm-static) ./ubuntu/usr/bin
ubuntu22.04国内源获取链接：
编写挂载脚本 mount.sh，用于挂载根文件系统运行所需要的设备和目录
#!/bin/bash
SCRIPT_NAME=$(basename "$0")
MOUNT_POINTS=("proc" "sys" "dev" "dev/pts")
show_help() {
cat << EOF
Usage: $SCRIPT_NAME [-m <path>] [-u <path>]
Mount or unmount directories for chroot environment.
Options:
-m, --mount <path> Mount proc, sys, dev and dev/pts to the specified path and chroot
-u, --umount <path> Unmount previously mounted directories from the specified path
-h, --help Show this help message
Examples:
$SCRIPT_NAME -m /media/sdcard/
$SCRIPT_NAME -u /media/sdcard/
EOF
}
mount_directories() {
local target_path="$1"
echo "Mounting directories to $target_path"
for mount_point in "${MOUNT_POINTS[@]}"; do
local source_path="/$mount_point"
local target_full_path="${target_path%/}/$mount_point"
# 创建目标目录（如果不存在）
sudo mkdir -p "$target_full_path" 2>/dev/null
if mountpoint -q "$target_full_path"; then
echo " ⚠ Already mounted: $target_full_path"
continue
fi
case $mount_point in
"proc")
sudo mount -t proc "$source_path" "$target_full_path" && \
echo " ✓ Mounted proc → $target_full_path" || \
echo " ❌ Failed to mount proc"
;;
"sys")
sudo mount -t sysfs "$source_path" "$target_full_path" && \
echo " ✓ Mounted sys → $target_full_path" || \
echo " ❌ Failed to mount sys"
;;
*)
sudo mount -o bind "$source_path" "$target_full_path" && \
echo " ✓ Mounted $mount_point → $target_full_path" || \
echo " ❌ Failed to mount $mount_point"
;;
esac
done
}
unmount_directories() {
local target_path="$1"
echo "Unmounting directories from $target_path"
# Unmount in reverse order to handle dependencies
for ((i=${#MOUNT_POINTS[@]}-1; i>=0; i--)); do
local mount_point="${MOUNT_POINTS[$i]}"
local target_full_path="${target_path%/}/$mount_point"
if mountpoint -q "$target_full_path"; then
sudo umount "$target_full_path" 2>/dev/null && \
echo " ✓ Unmounted $target_full_path" || \
echo " ⚠ Failed to unmount $target_full_path (may be busy)"
else
echo " ℹ Not mounted: $target_full_path"
fi
done
}
check_path() {
local path="$1"
local operation="$2"
if [[ -z "$path" ]]; then
echo "Error: No path specified for $operation"
return 1
fi
# 确保路径以斜杠结尾
if [[ "$path" != */ ]]; then
path="${path}/"
fi
if [[ ! -d "$path" ]]; then
echo "Error: Target path '$path' does not exist or is not a directory"
return 1
fi
echo "$path"
return 0
}
main() {
local target_path=""
local operation=""
# Show help if no arguments provided
if [[ $# -eq 0 ]]; then
show_help
exit 1
fi
while [[ $# -gt 0 ]]; do
case $1 in
-m|--mount)
operation="mount"
if [[ -z "$2" || "$2" == -* ]]; then
echo "Error: No path specified for mount"
show_help
exit 1
fi
target_path=$(check_path "$2" "mount") || exit 1
shift 2
;;
-u|--umount)
operation="umount"
if [[ -z "$2" || "$2" == -* ]]; then
echo "Error: No path specified for umount"
show_help
exit 1
fi
target_path=$(check_path "$2" "umount") || exit 1
shift 2
;;
-h|--help)
show_help
exit 0
;;
*)
echo "Error: Unknown option '$1'"
show_help
exit 1
;;
esac
done
case $operation in
"mount")
if mount_directories "$target_path"; then
echo -e "\n✅ Mount completed successfully!"
echo -e "You can now run: sudo chroot $target_path"
echo -e "Or press Enter to chroot now (Ctrl+D to exit)..."
read -p "Press Enter to continue or Ctrl+C to cancel..."
sudo chroot "$target_path"
echo -e "\nExited chroot environment"
else
echo -e "\n❌ Mount failed with errors"
exit 1
fi
;;
"umount")
unmount_directories "$target_path"
echo -e "\n✅ Unmount completed!"
;;
esac
}
# 检查是否是sudo运行
if [[ $EUID -ne 0 ]]; then
echo "This script must be run as root or with sudo"
exit 1
fi
main "$@"保存退出后，给脚本增加执行权限，并挂载。
# 增加脚本执行权限
sudo chmod +x mount.sh
# 挂载文件系统
sudo ./mount.sh -m ./ubuntu/
# 进入根文件系统
sudo chroot ./ubuntu/
# 退出根文件系统
exit
# 卸载文件系统
sudo ./mount.sh -u ./ubuntu/挂载成功如下图所示
4. 配置根文件系统
安装必须软件包
apt-get update
apt-get install sudo ssh net-tools ethtool vim openssh-server tzdata iputils-ping ifupdown iproute2 netplan.io udev -y用户设置
# 添加user用户
adduser user
# 将用户添加到sudo组
usermod -aG sudo user
# 设置主机名称
echo "ubuntu-zynq">/etc/hostname
# 设置本机入口ip
echo "127.0.0.1 localhost">>/etc/hosts
echo "127.0.0.1 ubuntu-zynq">>/etc/hosts
echo "127.0.0.1 localhost ubuntu-zynq" >> /etc/hosts配置串口调试服务
## 如果没有/etc/init/ttyPS0.conf，则自行创建
mkdir /etc/init
vim /etc/init/ttyPS0.conf
[文件内容]
start on stoppedrc or RUNLEVEL=[12345]
stop on runlevel[!12345]
respawn
exec /sbin/getty -L 115200 ttyPS0 vt102
## 建立一个软连接
ln -s /lib/systemd/system/getty@.service /etc/systemd/system/getty.target.wants/getty@ttyPS0.service配置网络
## 创建并打开`/etc/network/interfaces`文件 （必须安装ethtool）
vim /etc/network/interfaces
# 本地回环
auto lo
iface lo inet loopback
# 两种方法任选一个
# 1、获取动态配置：
auto eth0
iface eth0 inet dhcp
# 2、获取静态配置：
auto eth0
iface eth0 inet static
address 192.168.3.124
netmask 255.255.255.0
gateway 192.168.3.1
hwaddress ether 00:11:22:33:44:55 # 设置新的 MAC 地址（不需要改 可以删除这一行）系统的文件系统表
# 修改/etc/fstab
# <file system> <dir> <type> <options> <dump> <pass>
/dev/mmcblk1p2 /ROOT ext4 defaults,noatime,errors=remount-ro 0 1
/dev/mmcblk1p1 /BOOT vfat defaults,noatime 0 0清除缓存
## 清理APT缓存
apt-get clean
## 自动清理无用的依赖项
apt-get autoremove以上操作全部完成后,输入 exit 退出文件系统，并解除挂载。
5. 压缩为 ubuntu_rootf.tar.gz
sudo tar -zcvf ubuntu.tar.gz -C ./ubuntu/ .五、制作SD启动盘
1. SD卡分区
首先，将 SD 卡划分为两个分区：
-
FAT 格式的 BOOT 分区：用于存放启动文件 BOOT.bin 和内核镜像，建议分配 256MB 空间。
-
EXT4 格式的 ROOT 分区：用于存放根文件系统，占用 SD 卡剩余全部空间。
推荐选用容量大于 16GB 的 SD 卡，以确保充足的系统存储空间。
2. 导入PL端驱动
-
解压 Ubuntu 根文件系统至 ROOT 分区：
sudo tar -zxvf ubuntu.tar.gz -C /media/linuxusb/ROOT/-
解压 PetaLinux 生成的
rootfs.tar.gz至临时目录，并复制库文件：
# 解压至临时目录
sudo tar -zxvf rootfs.tar.gz -C /tmp/temp_root/
# 复制 lib 内容至 ROOT 分区
sudo cp -r /tmp/temp_root/lib/* /media/linuxusb/ROOT/lib/-
执行同步操作，确保数据完整写入 SD 卡：
sync执行完毕后，即成功制作好 SD 卡启动盘。
六、程序的测试
操作步骤如下：
-
将 ZYNQ 开发板启动模式设置为 SD 卡启动
-
给开发板上电，等待系统启动
-
登录系统（输入用户名和密码）
-
编写并运行 SW 状态查询与 LED 控制程序
完成以上步骤后，即可实现对 PL 端外设的读写控制。
测试程序代码如下：主要功能是通过SW去控制LED状态
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mman.h>
#include <stdint.h>
#define SW_BASE 0x41200000 // SW 基地址
#define LED_BASE 0x41210000 // LED 基地址
#define MAP_SIZE 0x10000 // 映射大小（64KB）
int main() {
int fd;
void *sw_base, *led_base;
volatile uint32_t *sw_reg, *led_reg;
// 打开 /dev/mem
if ((fd = open("/dev/mem", O_RDWR | O_SYNC)) < 0) {
perror("open /dev/mem");
return -1;
}
// 映射 SW
sw_base = mmap(NULL, MAP_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, SW_BASE);
if (sw_base == MAP_FAILED) {
perror("mmap sw");
close(fd);
return -1;
}
sw_reg = (volatile uint32_t *)sw_base;
// 映射 LED
led_base = mmap(NULL, MAP_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, LED_BASE);
if (led_base == MAP_FAILED) {
perror("mmap led");
munmap(sw_base, MAP_SIZE);
close(fd);
return -1;
}
led_reg = (volatile uint32_t *)led_base;
printf("按 Ctrl+C 退出程序\n");
while (1) {
uint32_t sw_val = *sw_reg; // 读取 SW 状态
*led_reg = sw_val; // 把 SW 状态直接显示到 LED
printf("SW = 0x%02X -> LED = 0x%02X\n", sw_val & 0xFF, sw_val & 0xFF);
usleep(500000); // 500ms
}
munmap(sw_base, MAP_SIZE);
munmap(led_base, MAP_SIZE);
close(fd);
return 0;
}首先通过apt-get安装gcc编译器
sudo apt-get install gcc -y然后编译sw_led.c
gcc sw_led.c -o sw_led测试现象
1. 通过命令行打印SW、LED状态
2. 开发板硬件状态
上述测试充分证明了 Ubuntu 系统在 ZYNQ 平台上完全可用且适配良好，接下来将开展更复杂的 PL-PS 交互实验，敬请关注后续更新！
七、ubuntu根文件系统获取
我们为大家提供了已移植适配的根文件系统，下载后直接解压至SD卡的EXT4分区即可使用。目前提供Ubuntu 14.04、20.04、22.04多个版本，并将持续更新更多新版Ubuntu系统。大幅节省开发时间，让您能专注于软件开发，成倍提升效率！
完整工程文件下载：https://pan.baidu.com/s/1XlvV7nQyRVnfCevlxCKPMA?pwd=9X5B
下一期将进行ZYNQ上实现ubuntu桌面显示系统设计，大家记得关注我哦😀。
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