Zynq 7000使用NAND Flash启动UBIFS文件系统全攻略（基于PetaLinux 2017.4）

前言

在Zynq 7000的嵌入式开发中，NAND Flash由于容量大、价格便宜，常被用作主要的存储介质。但NAND Flash存在坏块问题，如果直接使用传统的ext4或jffs2文件系统，容易导致数据损坏。UBIFS（Unsorted Block Image File System） 专为裸NAND设计，自带坏块管理和磨损均衡，是NAND Flash的最佳搭档。

本文将手把手教你，如何在 PetaLinux 2017.4 环境下，配置Zynq 7000从NAND Flash启动，并挂载UBIFS根文件系统。新手小白只要跟着步骤一步步复制粘贴，也能轻松搞定！

🛠️ 准备工作

硬件基础：带有NAND Flash的Zynq 7000开发板。
Vivado工程 ：已经在Zynq IP核中开启了SMC（NAND Flash控制器），并导出了硬件描述文件（.hdf）。
软件环境：Ubuntu虚拟机，已成功安装 PetaLinux 2017.4。

第一步：创建并初始化PetaLinux工程

首先，把Vivado导出的 xxx.hdf 文件拷贝到Ubuntu中。打开终端，依次执行以下命令：

bash 复制代码

# 1. 设置PetaLinux环境变量（根据你的实际安装路径修改）
source /opt/pkg/petalinux/2017.4/settings.sh

# 2. 创建PetaLinux工程（假设工程名为zynq_nand_ubifs）
petalinux-create --type project --template zynq --name zynq_nand_ubifs

# 3. 进入工程目录
cd zynq_nand_ubifs

# 4. 导入硬件描述文件（注意把/path/to/hdf替换为你hdf文件所在的目录）
petalinux-config --get-hw-description=/path/to/hdf

执行完最后一步后，会弹出一个蓝底灰字的配置菜单。

第二步：系统级配置（划分NAND分区）

在刚弹出的 petalinux-config 菜单中，我们需要配置Flash分区和根文件系统类型。

1. 配置Flash分区

按照以下路径进入：
Subsystem AUTO Hardware Settings -> Flash Settings

确保当前的Flash选中的是你的NAND。
重点来了！进入 Advanced Flash Auto Partitioning，我们需要给NAND划分分区。建议划分如下：
- boot (存放BOOT.BIN)：大小 0x00800000 (8MB)
- bootenv (存放U-Boot环境变量)：大小 0x00100000 (1MB)
- kernel (存放image.ub)：大小 0x00A00000 (10MB)
- rootfs (存放UBIFS文件系统)：剩下的所有空间（比如填 0x1F0E0000，根据你的NAND总大小计算）

💡 新手避坑指南 ：请务必记住这里名为 rootfs 的分区名称，后面的配置要用到！

2. 设置根文件系统类型为UBIFS

退回主菜单，按照以下路径进入：
Image Packaging Configuration -> Root filesystem type

将其修改为 other。因为没有UBIFS

接下来修改petalinuxbsp.conf文件

上图中的后两个是关于nand falsh的参数具体说明如下，其中-s项对于不支持子页的flash应填写与页大小相同的数值。

继续在 Image Packaging Configuration 菜单下找到：
Device node of SD device（或者Bootargs配置），我们需要修改内核启动参数（Bootargs）。

取消勾选 generate boot args automatically。
在 user set kernel bootargs 中输入以下内容（一字不差地复制）：

text 复制代码

console=ttyPS0,115200 earlyprintk root=ubi0:rootfs ubi.mtd=rootfs rootfstype=ubifs rw rootwait

(解释：ubi.mtd=rootfs表示在名为rootfs的MTD分区寻找UBI；root=ubi0:rootfs表示挂载UBI里面的rootfs卷)

配置完成后，连续按 Exit 退出并保存（Save）。

第三步：内核配置（开启UBI和UBIFS支持）

终端输入以下命令打开内核配置：

bash 复制代码

petalinux-config -c kernel

在内核菜单中，按 / 键可以搜索，我们需要确保开启以下几项功能（输入 Y 选中，变成 [*] 或 <*>）：

1. 开启MTD的UBI支持：
Device Drivers --->
Memory Technology Device (MTD) support --->
Enable UBI - Unsorted block images ---> 选中（设为 *）

2. 开启UBIFS文件系统支持：
File systems --->
Miscellaneous filesystems --->
UBIFS file system support ---> 选中（设为 *）

保存并退出。

第四步：文件系统配置（添加测试工具）

终端输入：

bash 复制代码

petalinux-config -c rootfs

为了以后我们在板子上能手动操作NAND，我们需要把 mtd-utils 工具包编译进去。

路径：
Filesystem Packages --->
base --->
mtd-utils --->

进去后，把 mtd-utils 及其下的 mtd-utils-ubifs 都打上星号 [*]。

保存并退出。

第五步：设备树配置（关联NAND硬件）

虽然在第二步划分了分区，但最保险的做法是在设备树中再硬性声明一次。

打开文件 project-spec/meta-user/recipes-bsp/device-tree/files/system-user.dtsi。

将其修改为类似如下内容（根据你的NAND节点名称 smcc 调整）：

dts 复制代码

/include/ "system-conf.dtsi"
/ {
};

&smcc {
    nand0: nand@0,0 {
        compatible = "arm,pl353-nand-r2p1";
        reg = <0 0 0x1000000>;
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;

        partition@0 {
            label = "boot";
            reg = <0x00000000 0x00500000>;
        };
        partition@1 {
            label = "bootenv";
            reg = <0x00500000 0x00020000>;
        };
        partition@2 {
            label = "kernel";
            reg = <0x00520000 0x00A00000>;
        };
        partition@3 {
            label = "rootfs";
            reg = <0x00F20000 0x1F0E0000>; /* 根据你的实际剩余容量修改 */
        };
    };
};

保存退出。

如nand flash有时序要求，可按下图方式增加nand时序。

第六步：编译生成

激动人心的时刻到了，终端输入：

bash 复制代码

petalinux-build

(这个过程可能需要十几分钟到半小时，去喝杯咖啡吧~ ☕)

编译成功后，我们需要打包生成最终的 BOOT.BIN。终端输入：

bash 复制代码

petalinux-package --boot --fsbl images/linux/zynq_fsbl.elf --fpga images/linux/system.bit --u-boot --force

此时，在 images/linux/ 目录下，我们拥有了烧写所需的三剑客：

BOOT.BIN (引导程序)
image.ub (内核与设备树)
rootfs.ubifs (UBIFS根文件系统镜像)

第七步：U-Boot烧写与启动（关键！）

由于是新板子，NAND里是空的。通常我们需要通过TFTP服务器，在U-Boot命令行下把这三个文件烧写到NAND中。（前提：开发板用网线连上电脑，电脑开启TFTP服务并将上述三个文件放入TFTP目录）。

在开发板串口终端中，上电狂按回车进入 U-Boot命令行：

1. 配置网络

bash 复制代码

setenv ipaddr 192.168.1.100   # 开发板IP
setenv serverip 192.168.1.10  # 电脑Ubuntu IP

2. 烧写 BOOT.BIN

bash 复制代码

tftp 0x100000 BOOT.BIN
nand erase 0x0 0x500000
nand write 0x100000 0x0 $filesize

3. 烧写 image.ub (Kernel)

bash 复制代码

tftp 0x100000 image.ub
nand erase 0x520000 0xA00000
nand write 0x100000 0x520000 $filesize

4. 烧写 rootfs.ubifs

这是最特殊的一步！UBIFS不能用普通的nand write，必须按UBI格式写入。

bash 复制代码

# 擦除rootfs所在分区 (对应分区起始地址 0xF20000)
nand erase 0xF20000 0x1F0E0000

# 格式化该MTD分区为UBI格式
ubi part rootfs

# 创建名为rootfs的UBI卷 (注意这里不要超出大小)
ubi create rootfs

# 将文件系统下载到内存
tftp 0x100000 rootfs.ubifs

# 将内存中的文件系统写入UBI卷
ubi write 0x100000 rootfs $filesize

5. 保存环境变量并重启

确保U-Boot的启动指令是正确的：

bash 复制代码

# 设置U-Boot去NAND的kernel分区读取内核
setenv bootcmd 'nand read 0x3000000 0x520000 0xA00000; bootm 0x3000000'
saveenv
boot

🎉 成功启动

如果你在串口打印信息中看到了类似下面的字眼：

text 复制代码

UBIFS (ubi0:0): UBIFS: mounted UBI device 0, volume 0, name "rootfs"
...
Welcome to PetaLinux!
zynq_nand_ubifs login:

恭喜你，大功告成！ 你的Zynq 7000已经成功从NAND Flash启动了UBIFS系统，以后断电重启你的代码和文件都不会再丢失啦！

结语

配置NAND和UBIFS的过程中，最容易在分区大小计算 和U-Boot烧写命令上踩坑。新手一定要耐心对照设备树中的地址和U-Boot操作的地址，确保完全一致。