从零开始——制作适用于Intel/Altera CYCLONE V SOC FPGA（ARM平台）的Ubuntu系统

1. 在PC机上安装Linux系统

参考：【Terasic友晶科技】【重装系统】如何从U盘启动安装Ubuntu系统（设置电脑从U盘启动）

2.在Linux系统上安装必要的库

apt install lib32ncurses5 -y
apt install libncurses5-dev -y
apt install qemu-user-static -y

3. 安装Quartus和SOC EDS 软件

参考：UBUNTU 18.04.6 如何安装Quartus SOCEDS 等软件

4. 添加自定义IP

（1）拷贝DE10-Nano_v.1.3.8_HWrevC_SystemCD\Demonstrations\SoC_FPGA\DE10_NANO_SoC_FB工程到Linux系统

（2）添加自定义IP，参考：【从零开始】制作适用于CYCLONE V SOC FPGA（ARM平台）的UBUNTU系统（四）——添加自定义IP

如果遇到问题参考：generate qsys 时报错Error: border: Error during execution of script generate_hps_sdram.tcl

5. 生成preloader rbf uboot和dtb

（1）设置环境变量，进入安装目录intelFPGA_lite/18.1/embedded/打开终端，运行embedded_command_shell.sh

（2）回到DE10_NANO_SoC_FB工程目录，输入make all ，用Makefile文件生成preloader rbf uboot和dtb。（这个过程会很久，这个过程中会把整个工程重新编译了一遍）

这个过程会提示 Component alt_vip_itc_0 of class alt_vip_itc is unknown，这个可以不用管暂时，想进一步了解可以参考：

用DE10_NANO_SOC_FB生成DTS的时候提示COMPONENT ALT_VIP_ITC_0 OF CLASS ALT_VIP_ITC IS UNKNOWN

如果是提示ERROR (phandle_references): Reference to non-existent node or label "led_pio"，是因为在上面添加自定义IP 的时候去掉了led_pio这个模块，而参与生成dtb文件的xml文件里面还存在led_pio的信息。

解决办法之一是可以采取强制命令生成dtb文件：

dtc -I dts -O dtb -o soc_system.dtb soc_system.dts -f

这样在DE10_NANO_SoC_FB工程目录中就生成了最新的dtb文件。

接下来因为u-boot.scr和rbf文件等还没有生成，所以重新执行make all直到所有编译都完成：

6. 下载交叉编译链并解压

wget https://releases.linaro.org/components/toolchain/binaries/latest-6/arm-linux-gnueabihf/gcc-linaro-6.5.0-2018.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz

tar xvf gcc-linaro-6.5.0-2018.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz

rm gcc-linaro-6.5.0-2018.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz

7. 下载Linux内核

（1）下载内核：

 git clone https://github.com/terasic/linux-socfpga.git

然后指定到你要用的分支（checkout是切换branch）：

cd linux-socfpga
git checkout -t -b socfpga-4.16 origin/socfpga-4.16

或者直接下载指定分支：

 git clone -b socfpga-4.16 https://github.com/terasic/linux-socfpga.git

再或者直接从网站下载压缩包然后拷贝到Linux PC机上：

（2）为交叉编译设置环境变量（注意：每次terminal关闭，设置的环境变量就失效了，需要重新设置一次）：

export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=/home/doreen/DE10_NANO_SoC_FB/software/gcc-linaro-6.5.0-2018.12-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-

（3）生成默认配置文件（.config）：

Intel 针对 SoC FPGA 芯片提供的Linux 源码中已经提供好了一个名为socfpga_defconfig 的配置文件，我们对内核的配置和修改，建议基于此配置文件进行，因此在进行配置前，需要先将该配置文件导入到默认配置文件.config中，操作方法很简单：

make socfpga_defconfig

如果遇到提示： /bin/sh: 1: bison: not found，请参考 UBUNTU 18.04.6 在编译linux内核的时候执行make ARCH=arm socfpga_defconfig设置默认配置时报错bison flex not found 缺少文件

接着再执行 make socfpga_defconfig，如遇到提示：/bin/sh: 1: flex: not found ，请参考 UBUNTU 18.04.6 在编译linux内核的时候执行make ARCH=arm socfpga_defconfig设置默认配置时报错bison flex not found 缺少文件

（4）进行内核配置：

make menuconfig

弹出如下界面：

如果没弹出界面可以参考解决办法

（1）UBUNTU 18.04.6编译linux内核make ARCH=arm menuconfig提示recipe for target ‘menuconfig’ failed

（2）ubuntu 18.04.6 编译linux内核make ARCH=arm LOCALVERSION= zImage提示unrecognized argument in option... kernel/bounds.s failed

（3）UBUNTU 18.04.6 在编译LINUX内核的时候执行MAKE ARCH=ARM SOCFPGA_DEFCONFIG提示Can't find default configuration "arch/x86/configs/socfpga_defconfig"

(4) 配置内核的时候提示YOUR DISPLAY IS TOO SMALL TO RUN MENUCONFIG! IT MUST BE AT LEAST 19 LINES BY 80 COLUMNS.

工程师可以在这个界面修改内核的一些配置，因为目前暂无特殊需求，所以内核配置我暂时保持默认配置好了：

按向右的按键选中Save弹出界面：

点击3次键盘的Enter键弹出界面：

按向右的按键选中Exit，点击键盘Enter键退出内核配置界面。

（5）编译内核（这个过程会需要点时间，请耐心等待）：

make zImage

编译成功：

8. 下载根文件系统

Ubuntu是Linux系统的一种，可以简单的将Ubuntu理解为一个根文件系统，和我们用busybox、buildroot制作的根文件系统一样。因此移植Ubuntu也就是将Ubuntu根文件系统移植到我们的开发板上。

Ubuntu的移植非常简单，不需要我们编译任何东西，因为Ubuntu官方已经将根文件系统制作好了！我们只需要简单配置一下Ubuntu官方提供的base根文件系统，使其在我们的开发板上跑起来即可。首先是到Ubuntu官方去下载18.04的根文件系统，下载地址为http://cdimage.ubuntu.com/ubuntu-base/releases/，这里又很多版本可选：

Ubuntu针对不同的CPU架构提供相应的ubuntu-base根文件系统，有amd64(64位X86)、armhf、i386(32位X86)、powerpc、ppc64el等系统的。DE10-Nano 是Cortex-A9内核的CPU，并且有硬件浮点运算单元，因此选择armhf版本。

（1）下载根文件系统：

wget http://cdimage.ubuntu.com/ubuntu-base/releases/18.04/release/ubuntu-base-18.04.5-base-armhf.tar.gz

（2）在software文件夹内新建rootfs文件夹，解压根文件系统到rootfs文件夹：

cd rootfs
tar xvf ubuntu-base-18.04.5-base-armhf.tar.gz
rm ubuntu-base-18.04.5-base-armhf.tar.gz

（3）拷贝qemu-user-static：

cp /usr/bin/qemu-arm-static usr/bin/

注意：拷贝不成功时，可能要需要在PC的Ubuntu上先安装qemu工具：

sudo apt-get install qemu-user-static

然后将刚刚安装的qemu-arm-static拷贝到刚刚解压出来的文件系统中，也就是rootfs/usr/bin目录下。

（4）设置软件源

我们在ubuntu下使用apt-get安装软件的时候，是从网上下载软件并安装的，因此需要指定软件源。在设置软件源之前先将 Ubuntu主机下的DNS配置文件/etc/resolv.conf 拷贝到根文件系统中，命令如下：

cp /etc/resolv.conf etc/resolv.conf

打开rootfs/etc/apt/sources.list文件，在文末加上如下这些(或者把之前内容删除掉，换成下面的内容)：

deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ bionic main multiverse restricted universe
deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ bionic-backports main multiverse restricted universe
deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ bionic-proposed main multiverse restricted universe
deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ bionic-security main multiverse restricted universe
deb http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ bionic-updates main multiverse restricted universe
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ bionic main multiverse restricted universe
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ bionic-backports main multiverse restricted universe
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ bionic-proposed main multiverse restricted universe
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ bionic-security main multiverse restricted universe
deb-src http://mirrors.ustc.edu.cn/ubuntu-ports/ bionic-updates main multiverse restricted universe

记住都要改成bionic，与你的文件系统版本匹配。有的移植ubuntu其他版本(比如xenial)时，则需要修改成 xenial

（5）主机挂载根文件系统：

接下来将上面制作的根文件系统挂载在主机上，需要挂载proc、sys、dev、dev/pts等文件系统，使用chroot将主机的根文件系统切换到我们前面制作的根文件系统中。这里我们通过一个脚本文件来完成挂载和卸载操作，在software目录下创建一个名为ch-mount.sh的shell脚本，然后在里面输入如下所示内容：

#!/bin/bash
# 


function mnt() {
    echo "MOUNTING"
    sudo mount -t proc /proc ${2}proc
    sudo mount -t sysfs /sys ${2}sys
    sudo mount -o bind /dev ${2}dev
    sudo mount -o bind /dev/pts ${2}dev/pts        
    sudo chroot ${2}
}

function umnt() {
    echo "UNMOUNTING"
    sudo umount ${2}proc
    sudo umount ${2}sys
    sudo umount ${2}dev/pts
    sudo umount ${2}dev

}


if [ "$1" == "-m" ] && [ -n "$2" ] ;
then
    mnt $1 $2
elif [ "$1" == "-u" ] && [ -n "$2" ];
then
    umnt $1 $2
else
    echo ""
    echo "Either 1'st, 2'nd or both parameters were missing"
    echo ""
    echo "1'st parameter can be one of these: -m(mount) OR -u(umount)"
    echo "2'nd parameter is the full path of rootfs directory(with trailing '/')"
    echo ""
    echo "For example: ch-mount -m /media/sdcard/"
    echo ""
    echo 1st parameter : ${1}
    echo 2nd parameter : ${2}
fi

先给予ch-mount.sh文件的可执行权限，然后执行ch-mount.sh挂载根文件系统挂载到主机下，输入如下命令：

chmod a+x ch-mount.sh

./ch-mount.sh -m rootfs/

注意：有的会遇到问题：执行./ch-mount.sh -m rootfs/时报错： /bin/bash^M 解释器错误：没有那个文件或目录

由于ubuntu base是一个最小根文件系统，很多命令和软件都没有，因此我们需要先安装一下常用的命令和软件，输入如下命令（注意！是在电脑的Ubuntu下输入这些命令，因为现在电脑的Ubuntu正挂载着我们移植的Ubuntu-base根文件系统）：

apt update
apt install sudo
apt install kmod （支持insmod命令）
apt install ssh （支持scp命令）
apt install net-tools (支持ifconfig命令)
apt install udhcpc (自动分配IP)

apt install ethtool

apt install lxde 
apt upgrade

如果安装kmod（安装kmod后就支持去掉加载命令insmod）遇到问题E:Unable to locate package kmod:或者是问题InRelease: Couldn’t create temporary file /tmp/apt.conf.caV5H6 for passing config to apt-key请参考：当在根文件系统中安装命令提示E:Unable to locate package kmod和InRelease: Couldn’t create temporary file /tmp/apt.con

完安装ssh后继续执行 sed -i 's%#PermitRootLogin prohibit-password%PermitRootLogin yes%' /etc/ssh/sshd_config：

如果这个没有设置，或者PermitRootLogin yes内容的前面的#号没有删除，后面使用scp命令通过网络传输文件会有问题，参考：用scp命令将文件从windows系统传递到目标主机DE10-Nano时提示 Permission denied, please try again.

如果安装lxde遇到问题参考：UBUNTU安装LXDE遇到报错ERRORS WERE ENCOUNTERED WHILE PROCESSING: /TMP/APT-DPKG-INSTALL-NAH42F/708-LXDE-ICON-THEME_0.5.1-2_ALL.DEB

其他的命令和软件也可以在用户在开发板的ubuntu boot起来，当临时要使用的时候再安装（下面的这些安装是可选的，可以暂时不安装，下面的这个命令是一次性安装多个命令和软件）。

apt install sudo ssh net-tools ethtool wireless-tools lxde xfce4-power-manager xinit xorg network-manager iputils-ping rsyslog lightdm-gtk-greeter xserver-xorg-video-fbdev lightdm bash-completion lxtask htop python-gobject-2 python-gtk2 synaptic libgtk-3-dev console-data --no-install-recommends --yes

再次执行apt upgrade。

useradd terasic -m -s /bin/bash
echo terasic:123 | chpasswd

修改root密碼
echo root:123 | chpasswd

用户名：
echo 'DE10_NANO' > /etc/hostname

添加host entry in /etc/hosts：
echo "127.0.0.1 localhost" >> /etc/hosts
echo "127.0.1.1 DE10_NANO" >> /etc/hosts

卸载文件系统：

exit

./ch-mount.sh -u rootfs/

注意加载和卸载文件系统，稍有不慎（操作不当）会导致文件系统卸载不完全，比如我没有输入exit，直接在挂载的文件系统里面执行./ch-mount.sh -u rootfs/ ，后来发现以后再执行exit和./ch-mount.sh -u rootfs/时，proc卸载不了，后来linux系统也不能正常关机卡死了，强制关机再开机就遇到问题了：在ubuntu上挂载文件系统后卸载不了？最后我只好重新安装系统。

复制LXDE 桌面图片文件到rootfs/etc/alternatives路径下：

9. 打包SD卡众多文件

在software文件夹新建这些文件目录：

de10_nano/

├── image

│　　├── p1　

　　　　　└── output_files

│　　├── p2

│　　└── p3

mkdir de10_nano
cd de10_nano
mkdir image
mkdir image/p1
mkdir image/p2
mkdir image/p3 
cd p1
mkdir output_files

然后回到DE10_NANO_SoC_FB路径，将相应文件拷贝到相应目录下：

cp output_files/*.rbf ~/de10_nano/image/p1/output_files/
cp soc_system.dtb ~/de10_nano/image/p1/
cp u-boot.scr ~/de10_nano/image/p1/
cp software/preloader/preloader-mkpimage.bin ~/de10_nano/image/p3/
cp software/preloader/uboot-socfpga/u-boot.img ~/de10_nano/image/p3/
cp software/linux-socfpga/arch/arm/boot/zImage ~/de10_nano/image/p1/

制作makefile文件， Makefile文件内容如下：

all:
    ./make_sdimage_p3.py -f \
        -P p1/*,num=1,format=vfat,size=100M \
        -P p2/*,num=2,format=ext3,size=7300M \
        -P p3/preloader-mkpimage.bin,p3/u-boot.img,num=3,format=raw,size=10M,type=A2 \
        -s 7500M \
        -n de10-nano-sdcard.img

用touch Makefile命令在image路径下创建Makefile文件，用vi Makefile 编辑该文件，粘贴上面内容，然后输入:wq保存退出。