从ZYNQ7000开发板
学会启动嵌入式Linux系统
入门学习：EBAZ4205篇

版权说明

本书由孙宇彤、孙启凡执笔，本书编写时还参考了DeepSeek提供的信息。

本书为作者精校开源版，版权归作者所有。

作者允许读者在注明来源后引用内容，并通知作者。

前 言

学会启动嵌入式Linux系统的入门学习篇是学习的第一阶段，面向对计算机操作比较熟悉，乐于动手实操的读者，具体要求如下：

1. 有Linux命令的使用基础；
2. 了解嵌入式Linux系统的基本概念；

符合要求的读者只要学完入门学习篇并完成相关操作，应该都能：

1. 了解ZYNQ7000开发板嵌入式Linux系统的启动方式；
2. 了解ZYNQ7000开发板嵌入式Linux系统启动的过程；
3. 了解ZYNQ7000开发板嵌入式Linux系统启动过程涉及的文件；
4. 了解与启动相关的Linux命令；

最终体验到EBAZ4205开发板的嵌入式Linux系统的主要启动方式和启动过程，完成嵌入式Linux系统启动的入门学习。

大家在学习中遇到问题，可以加入QQ群：1019216193咨询，作者将及时解答。

2026.8

第一章 认识ZYNQ7000开发板

认识一下ZYNQ7000系列芯片

这篇文章的主角EBAZ4205开发板是一种ZYNQ7000开发板，开发板上的核心芯片就是ZYNQ7000系列芯片，因此我们先来认识一下ZYNQ7000系列芯片。

ZYNQ7000系列芯片是赛灵思（Xilinx，以研发高性能的FPGA产品而知名，目前已经被AMD收购）研发的一款具有里程碑意义的产品，首次将高性能的ARM处理器系统（PS，Processing System）与FPGA可编程逻辑（PL，Programmable Logic）紧密集成在单颗芯片，完美地实现了处理器的顺序执行能力和FPGA的并行处理能力的融合。简单地说，有点像把华山派的剑宗与气宗合二为一的感觉。

图1展示了开发板上的ZYNQ7000系列芯片：

图1 开发板上的ZYNQ7000系列芯片

芯片特色

ZYNQ-7000系列芯片本质是一个以处理器为中心的可编程SoC，因此芯片首先是一个强大的ARM Cortex-A9处理器应用处理器，可以运行像Linux这样的复杂操作系统，并支持多种启动方式，包括利用NAND Flash、SD、JTAG等启动。

其次，ZYNQ-7000系列芯片还拥有一个Xilinx 7系列FPGA，拥有可配置逻辑块以及数字信号处理单元等逻辑资源，可以作为定制硬件加速器、信号处理器或连接专用外设。

传统的“FPGA+外挂CPU”方案存在通信延迟大、功耗高、PCB设计复杂等缺点。ZYNQ的设计者将处理器与FPGA两者置于同一芯片上，通过高速内部总线AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture，高级微处理器总线结构）互联，实现了高带宽、低延迟的协同工作，保证了数据在处理器和可编程逻辑之间能够高效、低延迟地流动，实现了1+1>2的效果，特别适用于需要大量数据预处理、实时控制、硬件加速的应用场景。

芯片系列

既然称为ZYNQ7000系列芯片，说明ZYNQ7000系列中包含多种型号的芯片，这些芯片具有相同的ZYNQ7000芯片架构，对应不同的硬件规模和芯片性能，以满足不同应用的需求和成本考量。

其中，PS处理器分为单核以及双核两类，单核主打低成本、低功耗市场；双核性能强，是系列中的主流产品，应用范围最广。因此我们一般选用双核的ZYNQ-7000系列芯片。

再来看PL，也就是FPGA部分，双核的ZYNQ-7000系列芯片主要有Z-7010、Z-7015、Z-7020、Z-7030、Z-7035、Z-7045和Z-7100等型号，最后的数字代表了PL部分的规模大小。数字越大，逻辑资源越多，性能越强，价格也越高。

表1列出了三种典型型号Z-7010、 Z-7020和Z-7045的硬件规模：

表1 ZYNQ-7000系列芯片典型型号硬件规模表

资源类型	Z-7010	Z-7020	Z-7045
逻辑单元	28K	85K	350 K
查找表 (LUTs)	17,600	53,200	218,600
触发器 (FFs)	35,200	106,400	437,200
块RAM (BRAM)	60块	140块	545块
数字信号处理单元	80	220	900
最大I/O 引脚数	100	200	362

初学者推荐选择Z-7010或者Z-7020芯片，性价比高。

认识一下ZYNQ7000开发板：EBAZ4205

学习ZYNQ7000系列芯片离不开ZYNQ7000开发板，市面上有很多采用ZYNQ-7010或者ZYNQ-7020芯片的开发板，这里我们推荐EBAZ4205开发板用于入门学习。

EBAZ4205开发板是一款基于 Xilinx ZYNQ-7010 芯片的矿机主控板，由于矿机退役，被大量拆机流入市场，经过商家改造后，变成了ZYNQ7000开发板，售价通常在百元级别。图2展示了EBAZ4205开发板的外观。

图2 EBAZ4205开发板

EBAZ4205开发板支持运行 Linux 系统及自定义 FPGA 逻辑设计，完整覆盖了开发ZYNQ7000系列芯片的学习内容，成为性价比极为突出的入门级ZYNQ7000开发板。

EBAZ4205开发板除了配备有256MB的DDR3 内存和128MB的NAND Flash外，还配备了百兆以太网口以及SD卡座。另外，开发板还有多个插座，主要用于引出ZYNQ-7010的PL端GPIO端口的各种管脚。

商家提供EBAZ4205开发板初衷是用于学习FPGA的开发，其实利用这块开发板，我们还能学会启动嵌入式Linux系统，达到一鱼两吃的效果。后续内容将基于EBAZ4205开发板，详细介绍开发板的Linux系统启动过程。

改造EBAZ4205开发板供电方式

前面说过商家提供的EBAZ4205开发板用于学习FPGA的开发，需要外加扩展板，才能连接摄像头、实现供电以及提供USB接口。

因为我们选用EBAZ4205开发板来学习嵌入式Linux系统的启动，并不使用扩展板的图像接口，因此通过外加扩展板供电，在学习Linux系统启动时反而很累赘，非常不方便。

其实，不加扩展板也可以为EBAZ4205开发板的供电，这样EBAZ4205开发板就可以单板工作了，将会大大方便后续的Linux系统启动学习过程。

接下来就介绍一下EBAZ4205开发板的供电改造方案，主要有两种方案：

第一种方案是不改开发板，利用开发板6Pin的J4接口来供电。读者可以到淘宝上买一个6pin插头（5559/4.2mm母头），配合一个12V/1A的直流电源，焊接对应的Pin脚接线，自制一个外接电源。最后的成品如图3所示：

图3 EBAZ4205开发板的外接电源

将改造后的电源插入开发板的J4接口，就可以为开发板供电了。

另外一种方案需要改开发板，如图4所示，短接掉开发板背面的D24（有二极管符号），这样就可以直接通过开发板的J3或者J5接口上的VCC和GND管脚引入5V的供电。

图4 短接D24

这种方案的好处是可以通过USB转TTL模块来供电和调测，一举两得，连接方式如图5所示。

图5 用USB转TTL模块为EBAZ4205开发板供电

附带说一下，板上的串口插座J7虽然也有VCC，但是不能作为供电使用，供电还是要通过J3或J5接口上的VCC管脚。

从我的实际使用的效果看，推荐大家采用第二种方案来供电，更加简洁和方便。

解决了供电问题后，后续我们就在EBAZ4205开发板，开始学习嵌入式Linux系统的启动过程。

第二章 体验自带的NAND Flash启动方式

认识一下NAND Flash

从这里开始我们进入正题，也就是讲解EBAZ4205开发板上的嵌入式Linux系统是怎么启动的。

其实EBAZ4205开发板本身是具备启动能力的，硬件上已经固化为从开发板上的NAND Flash启动嵌入式Linux系统。因此我们首先来了解一下标配的NAND Flash启动方式。

附带说一下，ZYNQ7000系列芯片支持多种启动方式，NAND Flash只是其中一种启动方式。

所谓Flash，就是一种可以擦写的存放数据的存储芯片，由于断电也可以保存数据，属于非易失性存储芯片，等价于电脑的硬盘。

Flash芯片有NOR和NAND两种实现技术：

• NOR ：Intel公司1988年开发出了NOR Flash技术。NOR Flash容量小，写入和擦除速度较低。
• NAND ：东芝公司1989年发表了NAND Flash技术。NAND Flash 容量大，改写速度快，SD卡、TF卡、手机、平板的GB级别Flash一般都采用NAND技术。EBAZ4205开发板也采用了NAND Flash技术，Flash具体型号是万邦W29N01HV，存储容量是128MB。

体验开发板的启动过程

准备工作

为了体验EBAZ4205开发板的NAND启动方式，除了要准备USB-TTL的模块、在电脑上安装USB-TTL的模块的驱动外，我们还需要在电脑上安装与EBAZ4205开发板通信的软件，也就是远程终端工具，通过电脑远程操作开发板的嵌入式Linux系统。

假定大家采用Windows系统，我推荐安装远程终端工具xshell或者串口调测工具sscom。这两个工具的具体的安装过程请大家自行搜索网上的介绍，这里就不赘述了。

连接并上电启动

启动EBAZ4205开发板时，先将USB转TTL模块与开发板的J7与J3连接好，如图1所示，再插入电脑的USB口。这时开发板开始上电启动，可以看到板上有绿灯亮起。

图1 EBAZ4205开发板上电启动

远程终端的配置

接着在电脑中找到新增的串口，记录串口的端口号。在xshell中增加一个会话，采用串口连接，波特率设为115200，端口号为新增串口的端口号，如图2所示。

图2 xshell中设置串口连接

会话建好后，点击连接，就会出现终端界面。

在终端的界面，可以看到启动过程的大量信息，代表嵌入式Linux系统正在启动。

启动完成后，在终端的界面出现用户名和密码的输入界面，等待用户登录。

PetaLinux 2016.4 zedboard-zynq7 /dev/ttyPS0
    
    zedboard-zynq7 login:

根据网上的攻略，我们可以修改EBAZ4205开发板自带嵌入式Linux系统root用户的登录密码，进入Linux系统。

如果看到如下的提示符，代表连接EBAZ4205嵌入式Linux系统成功，已经以root用户成功登录到了EBAZ4205：

root@zedboard-zynq7:~#

获取系统信息

登入系统后，我们首先查看系统的版本。在终端界面中输入 uname -a，将看到如下的输出：

root@zedboard-zynq7:~# uname -a
    Linux zedboard-zynq7 4.6.0-xilinx #5 SMP PREEMPT Mon May 8 14:36:49 CST 2017 armv7l GNU/Linux

可见这个Linux系统是4.6.0版内核，属于比较老的内核。附带说一下，输入Linux命令需要区分大小写，命令与参数之间需要有空格。

接下来，我们查看系统的内存。在终端界面中输入 free -m，将看到如下的输出：

root@zedboard-zynq7:~# free -m
                 total       used       free     shared    buffers     cached
    Mem:           246         12        233          0          0          2
    -/+ buffers/cache:          9        236
    Swap:            0          0          0

说明开发板的内存的确是256MB。

接下来，我们查看系统的存储空间。在终端界面中输入 df -h，将看到如下的输出：

root@zedboard-zynq7:~# df -h
    Filesystem                Size      Used Available Use% Mounted on
    /dev/root                64.0M     37.9M     26.1M  59% /
    devtmpfs                 64.0K         0     64.0K   0% /dev
    tmpfs                   123.1M     28.0K    123.0M   0% /run
    tmpfs                   123.1M     40.0K    123.0M   0% /var/volatile
    tmpfs                    64.0K         0     64.0K   0% /dev

第一行的数据对应Linux系统的根目录，不难看出其大小为64MB，已经使用了59%的容量，还剩余26MB。

检查TF卡

前面讲过，商家EBAZ4205开发板配置了TF卡槽，可以读写TF卡。

我们插入一张TF卡，并登入系统后，输入 mount，将显示：

root@zedboard-zynq7:~# mount
    /dev/root on / type jffs2 (rw,relatime)
    devtmpfs on /dev type devtmpfs (rw,relatime,size=117312k,nr_inodes=29328,mode=755)
    proc on /proc type proc (rw,relatime)
    sysfs on /sys type sysfs (rw,relatime)
    tmpfs on /run type tmpfs (rw,nosuid,nodev,mode=755)
    tmpfs on /var/volatile type tmpfs (rw,relatime)
    tmpfs on /dev type tmpfs (rw,relatime,size=64k,mode=755)
    devpts on /dev/pts type devpts (rw,relatime,mode=600)
    /dev/mmcblk0p1 on /run/media/mmcblk0p1 type vfat (rw,relatime,fmask=0000,dmask=0000,allow_utime=0022,codepage=437,iocharset=iso8859-1,shortname=mixed,errors=remount-ro)
    /dev/mmcblk0p2 on /run/media/mmcblk0p2 type ext4 (rw,relatime,data=ordered)

从最后两行不难看出，TF卡已经被识别并成功挂载。

启动过程介绍

EBAZ4205开发板启动成功后，大家最关心的就是Linux系统是怎么启动的，也就是启动过程。

简单一句话，由于采用了ZYNQ7000芯片，因此启动过程由ZYNQ7000芯片来决定。

ZYNQ芯片启动过程的四个阶段

ZYNQ芯片的嵌入式Linux系统启动过程如图3所示，分为ROM启动→FSBL（第一阶段引导加载器）→U-Boot（通用启动器）→内核运行等四个阶段，以下就按照启动过程的顺序，简单介绍每一阶段的运行机制。在深入学习篇将会读者详细介绍每个过程。

图3 ZYNQ芯片的Linux系统启动过程

ROM启动阶段

ROM启动阶段是启动的第一步，所谓的ROM指的是固化在ZYNQ芯片内部的不可修改代码，负责最基础的硬件初始化和加载FSBL（第一阶段引导加载器），以下用BootROM来描述。

BootROM完成以下功能：

• 检测启动模式
• 搜索BOOT.BIN
• 加载FSBL

FSBL阶段

BOOTROM结束后，就进入了FSBL阶段。FSBL是用户可修改的启动加载程序，是BOOT.BIN的一部分，主要完成更复杂的硬件初始化和后续镜像加载。

U-Boot阶段

FSBL结束后，就进入了U-Boot阶段，U-Boot是一段代码，也是BOOT.BIN的一部分。

U-Boot的这个U代表通用的意思，因此引入U-Boot这个中间件后，可以增强启动的灵活性，这样就可以支持各种芯片架构、各种操作系统以及各种外设的启动了。比如openwrt，就采用了U-Boot；ZYNQ7000芯片，同样也采用了U-Boot。

具体而言，EBAZ4205开发板的U-Boot用于加载设备树、Linux操作系统内核、根文件系统，并运行系统内核。

内核运行阶段

内核运行也分为多个阶段进行，包括内核解压与启动、挂载根文件系统和进行系统初始化。

内核运行后，嵌入式Linux系统就启动成功了。

NAND分区

从EBAZ4205开发板启动过程不难看出，启动涉及到了多个关键模块，需要在启动过程中逐一加载。

这些启动相关的模块存储在NAND Flash芯片中，而NAND Flash芯片类似于硬盘，可以被分区，为了方便管理，这些模块被分别存储到了Flash不同的分区。

在嵌入式linux系统，Flash的分区称为MTD（Memory Technology Device，存储技术设备）分区，而MTD是Linux系统用来管理Flash的子系统。

接下来我们来了解EBAZ4205的Flash芯片的具体分区情况。

我们登录嵌入式linux系统后，输入 cat /proc/mtd 命令：

root@zedboard-zynq7:~# cat /proc/mtd
    dev:    size   erasesize  name
    mtd0: 00300000 00020000 "nand-fsbl-uboot"
    mtd1: 00500000 00020000 "nand-linux"
    mtd2: 00020000 00020000 "nand-device-tree"
    mtd3: 00a00000 00020000 "nand-rootfs"
    mtd4: 01000000 00020000 "nand-jffs2"
    mtd5: 00800000 00020000 "nand-bitstream"
    mtd6: 04000000 00020000 "nand-allrootfs"
    mtd7: 013e0000 00020000 "nand-release"
    mtd8: 00200000 00020000 "nand-reserve"

可以看到EBAZ4205有9个MTD分区，还可以看到每个MTD分区的编号、名称以及大小。

我们再输入 dmesg | grep nand-，还可以看到EBAZ4205每个MTD分区的起始和终止地址（其实是终止地址+1）：

root@zedboard-zynq7:~# dmesg | grep nand-
    0x000000000000-0x000000300000 : "nand-fsbl-uboot"
    0x000000300000-0x000000800000 : "nand-linux"
    0x000000800000-0x000000820000 : "nand-device-tree"
    0x000000820000-0x000001220000 : "nand-rootfs"
    0x000001220000-0x000002220000 : "nand-jffs2"
    0x000002220000-0x000002a20000 : "nand-bitstream"
    0x000002a20000-0x000006a20000 : "nand-allrootfs"
    0x000006a20000-0x000007e00000 : "nand-release"
    0x000007e00000-0x000008000000 : "nand-reserve"

这样，我们就可以做出MTD分区的分布表，如表1所示，不难看出其中第一个分区的内容就是前面讲到过的BOOT.BIN：

表1 EBAZ4205开发板的MTD分区

起始地址	终止地址+1	大小（MB）	分区名	说明
0x000000000000	0x000000300000	3	"nand-fsbl-uboot"	BOOT.BIN
0x000000300000	0x000000800000	5	"nand-linux"	内核
0x000000800000	0x000000820000	0.128	"nand-device-tree"	设备树
0x000000820000	0x000001220000	10	"nand-rootfs"	备用
0x000001220000	0x000002220000	16	"nand-jffs2"	Jffs2文件分区
0x000002220000	0x000002a20000	8	"nand-bitstream"	比特流
0x000002a20000	0x000006a20000	64	"nand-allrootfs"	根文件系统
0x000006a20000	0x000007e00000	19.872	"nand-release"	备用
0x000007e00000	0x000008000000	2	"nand-reserve"	备用

我们还可以输入 mtdinfo /dev/mtd0 命令，查看指定的mtd分区的详细信息：

root@zedboard-zynq7:~# mtdinfo /dev/mtd0
    mtd0
    Name:                           nand-fsbl-uboot
    Type:                           nand
    Eraseblock size:                131072 bytes, 128.0 KiB
    Amount of eraseblocks:          24 (3145728 bytes, 3.0 MiB)
    Minimum input/output unit size: 2048 bytes
    Sub-page size:                  512 bytes
    OOB size:                       64 bytes
    Character device major/minor:   90:0
    Bad blocks are allowed:         true
    Device is writable:             true

小结

本章我们认识了NAND Flash技术，体验了EBAZ4205开发板自带的NAND Flash启动过程，了解了嵌入式Linux系统的启动过程，并查看了嵌入式Linux系统的信息以及MTD分区的概况。

第三章 体验SD混合启动

改造启动方式

前面我们已经用EBAZ4205开发板缺省的NAND方式启动了板载的嵌入式Linux系统。

但是这套系统也有很大的缺点，就是启动方式已经固化，不能调整，这样就无法深入学习嵌入式Linux系统的启动。

相反地，如果采用SD启动方式，操作系统的可用空间将更多、系统将更为强大、配置将更为灵活。

为此，我们需要将EBAZ4205改造为采用SD启动，这样才能进入后续内容的学习。

采用SD启动需要具备三个条件，一个是硬件上有TF的卡槽，这个商家已经代为安装了，并且前面也测试过，可以正常挂载TF卡。

另外一个条件是改变启动相关引脚配置，简单地说就是将开发板背面的电阻R2578焊下，移至R2577位置重新焊接，如图1所示，开发板即可实现从NAND Flash启动变为SD启动。

图1 重新焊接EBAZ4205开发板的电阻

最后一个条件是准备一张16GB或以上容量的空闲TF卡，格式化为FAT32的文件系统，然后下载百度网盘链接中SD混合启动目录，将目录中的boot.bin以及uEnv.txt两个文件拷到TF卡根目录下。其中，boot.bin是启动过程的第一个模块，而uEnv.txt存放有U-Boot使用的环境变量。

体验SD混合启动方式

准备工作结束后，我们首先不插TF卡，用前面的方法启动EBAZ4205开发板，会发现上电后EBAZ4205没有任何反应，绿灯也没有亮，这说明启动方式已经更改成功。

接下来，我们拔下USB转TTL模块，给EBAZ4205开发板断电。然后在TF卡槽插入做好的TF卡，USB转TTL模块插入电脑，给EBAZ4205开发板再次上电，这时我们可以看到绿灯点亮，并且xShell中也可以看到Linux系统启动的过程，并最终出现登录的提示符，说明SD方式启动成功。

大家会奇怪，TF卡上明明只有两个很小的文件，为什么就能启动Linux系统？

其实，这是我们平时的一个误区，就是认为采用SD启动时，NAND Flash存放的启动模块就无法使用了。

恰恰相反，得益与U-Boot的强大功能，我们只需要TF卡上放置Boot.bin和uEnv.txt两个文件，就可以实现从SD启动时读取NAND Flash上原有的启动内容，上电后就可以顺利进入到NAND Flash上自带的Linux系统，非常简单地验证SD启动的效果。

这种启动方式即混合启动，也就是启动的内容一部分在TF卡上，另外一部分在NAND Flash上，采用混合的模式，共同完成启动的过程。

当然，混合启动方式对uEnv.txt有要求，必须像如下的内容：

uenvcmd=run nandboot
    kernel_load_address=0x2080000
    kernel_size=0x500000
    devicetree_load_address=0x2000000
    devicetree_size=0x20000
    nandboot=echo Origin Version: Copying Linux from NAND Flash to RAM... && nand info && run nandroot && nand read ${kernel_load_address} 0x300000 ${kernel_size} && nand read ${devicetree_load_address} 0x800000 ${devicetree_size} && bootm ${kernel_load_address} - ${devicetree_load_address}
    nandroot=setenv bootargs 'console=ttyPS0,115200 root=/dev/mtdblock6 rootfstype=jffs2 noinitrd rw rootwait'

附带说一下，U-Boot对uEnv.txt的格式也有严格的要求，必须采用Unix类型的换行符，不能采用Windows类型的换行符。因此第一个uEnv.txt最好是下载后使用，不要直接在Windows系统中创建。

SD混合启动过程介绍

SD混合启动的过程

采用SD混合启动方式的ZYNQ芯片的嵌入式Linux系统启动过程如图2所示，依然分为ROM启动→FSBL→U-Boot→内核运行等四个阶段，其中深色背景框说明SD混合启动方式与NAND启动方式有所不同。

图2 ZYNQ芯片的Linux系统SD混合启动过程

ROM启动阶段

ROM启动阶段是启动的第一步，所谓的ROM指的是固化在ZYNQ芯片内部的不可修改代码，负责最基础的硬件初始化和加载FSBL（第一阶段引导加载器），以下用BootROM来描述。

BootROM完成以下功能：

• 检测启动模式
• 初始化SD卡设备
• 读取分区表MBR
• 访问文件系统
• 读取BOOT.BIN
• 校验BOOT.BIN
• 解析分区
• 搬迁FSBL
• 加载FSBL

FSBL阶段

BOOTROM结束后，就进入了FSBL阶段，FSBL相关功能如下所示：

• 初始化PS端
• 检测启动设备
• 解析BOOT.BIN
• 加载FPGA比特流
• 加载U-Boot

SD启动与NAND Flash启动的主要差别就是，SD启动时BOOT.BIN文件需要从SD上读取，而不是NAND Flash。

U-Boot阶段

FSBL结束后，就进入了U-Boot阶段，用于加载Linux操作系统内核。

U-Boot需要完成如下工作：

• 外设驱动
• 环境变量
• 加载内核
• 加载设备树
• 设置启动参数
• 启动内核

SD启动与NAND启动的另外一个重要差别就是，SD启动时U-Boot的环境变量来自SD卡上的环境变量文件uEnv.txt，这样就可以灵活修改启动配置，适配不同的启动需求。

内核运行阶段

内核运行阶段首先进行内核解压与启动，主要工作有：

• U-Boot将控制权转交给内核uImage
• uImage解压自身
• 初始化基本硬件
• 加载设备树
• 解析并展开设备树

接下来，挂载根文件系统。

最后进行系统初始化。

这一阶段，SD启动与NAND启动的工作是一致的，没有差别。

小结

本章我们改造了EBAZ4205开发板的启动方式，体验了EBAZ4205开发板的SD混合启动过程。

第四章 体验基于SD的分区启动方式

了解一下SD分区启动方式

前面我们已经用EBAZ4205开发板SD方式启动了板载的嵌入式Linux系统。

但是，这套板载的嵌入式Linux系统存在不少问题，比如内核版本比较低，内置的工具不齐全，甚至没有opkg，没有办法安装新的系统工具，因此使用起来非常不便。

既然我们已经采用SD启动，就可以借鉴树莓派或者ADALM Pluto的启动方式，将启动相关的文件和Linux系统都放到TF卡上，用TF卡上的全新Linux系统替换掉板载的嵌入式Linux系统。这种方式与之前介绍的混合启动方式不同，是一种完全的SD启动方式。

在树莓派系统中，TF卡做成两个分区，一个分区是启动分区，放置了启动文件。这个分区采用FAT的文件系统，可以通过windows系统访问，方便进行配置；另外一个分区是EXT4文件分区，运行树莓派的Raspberry Pi OS，也就是一种Linux系统。

从技术上说，树莓派的启动方式就是基于SD的分区启动方式。

业界知名的ADI公司的ADALM Pluto软件无线电设备，也借鉴了树莓派的启动方式。市面上发售的ZYNQ开发板R210，标配也是基于SD的分区启动方式。

如何制作支持分区启动的TF卡呢？通常有两种方法：

第一种方法是自行生成全套的启动文件以及Linux系统。这是网上介绍的主流方法，比如简书上就有详细的操作步骤。

这种方法需要安装Vivado工具以及编译用的Linux环境，安装要求高，步骤很多，操作复杂，适合有一定经验的读者。

考虑到我们系列文章面向的是入门读者，因此就没有选择这种全自制的开荒方案，而是选用了第二种简洁的方案，也就是借鉴了深入学习中使用的ZYNQ开发板R210的启动TF卡制作方案。

制作TF启动卡

我们首先 下载树莓派的镜像烧写工具：Raspberry Pi imager，然后安装Raspberry Pi imager，如图1所示。

图1 安装Raspberry Pi imager

我们选择I accept the agreement，指定安装路径，点击next进行安装，如图2所示。

图2 安装Raspberry Pi imager的过程

接下来下载百度网盘上转存的R210的系统镜像: 2019_R1-2020_06_22.zip。

随后找一张16GB或更大的空闲TF卡，插入电脑，运行之前安装好的树莓派的镜像烧写工具， 出现如图3所示的界面，用来设置TF卡的烧录参数。

图3 Raspberry Pi imager的界面

设置烧录参数时， “树莓派设备”项不用选择，“操作系统”项先选择“使用自定义镜像”，再选择刚刚下载的R210的系统镜像，“存储设备”选择对应的TF卡，如图4和图5所示。

图4 选择操作系统

图5 选择存储设备

当出现如图6的烧录参数界面时，点击下一步。

图6 查看烧录参数

出现图7所示的弹窗时，点击最右边的否，烧录过程就启动了。

图7 不应用自定义系统配置

烧录过程需要运行5到10分钟。烧录完成后，将TF卡重新插拔，就可以在windows系统中看到boot分区。

接下来，我们要下载百度网盘链接中SD分区启动目录中的文件，包括Boot.bin、uEnv.txt、devicetree.dtb以及uImage等4个文件，并将这四个文件复制到TF卡boot分区根目录，就完成了TF启动卡的制作。

体验SD分区启动方式

制作好TF启动卡后，我们先拔下USB转TTL模块，给EBAZ4205断电。然后在TF卡槽插入做好的TF启动卡，USB转TTL模块插入电脑，给EBAZ4205再次上电，这时我们可以看到绿灯点亮，并且xShell中也可以看到Linux系统启动的过程，并最终无需登录，直接进入了Linux系统，说明SD分区方式启动成功。

Welcome to Linaro 14.04 (GNU/Linux 4.14.0 armv7l)
    
     * Documentation:  https://wiki.analog.com/ https://ez.analog.com/
    
    New release '16.04.6 LTS' available.
    Run 'do-release-upgrade' to upgrade to it.
    
    root@analog:~#

再次强调一下，U-Boot对uEnv.txt的格式有严格的要求，必须采用Unix类型的换行符，不能采用Windows类型的换行符。因此uEnv.txt最好是下载后使用，不要直接在Windows系统中创建。

认识一下启动相关文件

接下来，我们认识一下Linux系统启动用到的3个主要文件：uEnv.txt、devicetree.dtb以及uImage。

uEnv.txt

uEnv.txt是个文本文件，存放有U-Boot使用的环境变量，具体内容如下：

bootargs=console=ttyPS0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw earlycon rootfstype=ext4 rootwait cpuidle.off=1
    uenvcmd=run tfboot
    kernel_image=uImage
    kernel_load_address=0x2080000
    devicetree_image=devicetree.dtb
    devicetree_load_address=0x2000000
    tfboot=echo Copying Linux from SD to RAM... && fatload mmc 0 ${devicetree_load_address} ${devicetree_image} && fatload mmc 0 ${kernel_load_address} ${kernel_image} && bootm ${kernel_load_address} - ${devicetree_load_address}

uEnv.txt中的环境变量包括变量以及命令脚本两种类型，比如上文中的bootargs、kernel_image等，均为变量；uenvcmd 和tfboot就是命令脚本。

不难看出，分区启动与混合启动的uEnv.txt是完全不同的。

devicetree.dtb

devicetree.dtb是一个二进制文件，是系统设备树信息的编译结果。设备树指的是嵌入式Linux系统所支持的硬件设备，相当于EBAZ4205开发板的硬件信息。

devicetree.dtb由U-Boot加载，分区启动使用的设备树文件存放在TF的boot分区，方便修改和更新。

uImage

uImage是一个二进制文件，包括文件头以及一个压缩的嵌入式Linux内核镜像。文件头中包含内核镜像的各种信息，而Linux内核镜像包含了各种硬件设备的驱动。

uImage同样由U-Boot加载，分区启动使用的内核镜像文件存放在TF的boot分区，方便修改和更新。

SD分区启动过程介绍

SD分区启动的过程

采用SD分区启动方式的ZYNQ芯片的嵌入式Linux系统启动过程如图8所示，依然分为ROM启动→FSBL→U-Boot→内核运行等四个阶段，其中深色背景框说明SD分区启动方式与混合启动方式有所不同。

图8 ZYNQ芯片的Linux系统SD分区启动过程

不难看出，在ROM启动和FSBL这两个阶段，SD分区启动方式与混合启动方式是一致的，因此我们就跳过这两个阶段，只介绍后续有差别的阶段。如果读者对这两个阶段感兴趣，可以查看前面的内容。

U-Boot阶段

FSBL结束后，就进入了U-Boot阶段，用于加载Linux操作系统内核。

SD分区启动与混合启动的主要差别就是U-Boot使用的环境变量文件uEnv.txt内容不同，这样可以适配不同的启动需求。

另外一个显著差别是U-Boot加载的Linux系统内核有区别，相对而言SD分区启动使用的内核版本更高。

内核运行阶段

这一阶段，SD分区启动与混合启动的工作方式大体一致，主要差别是Linux系统的根文件系统存放地点不同：SD分区启动时根文件系统来自TF卡的分区，而混合启动时根文件系统来自MTD分区。

由于TF卡分区的容量远远大于MTD分区，因此SD分区启动时系统可以安装更多的应用软件与工具，系统的功能更为强大。

小结

本章我们制作了用于EBAZ4205开发板的TF启动卡，利用该TF卡启动了EBAZ4205开发板，体验了EBAZ4205开发板的SD分区启动过程，并对比了SD分区启动与混合启动方式的差别。

至此，嵌入式Linux系统启动的入门学习已经完成，接下来大家可以开启嵌入式Linux系统启动的深入学习之旅。