嵌入式linux下界面开发 嵌入式linux做界面用什么

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第 9 章 构建 Linux 图形界面

一般我们使用Linux多是通过终端，也就是字符界面，其实Linux也有图形界面，比如我们使用的Ubuntu主机默认采用的是GNOME图形界面。不同于Windows系统，Windows图形界面无法更换或卸载，如果图形界面崩溃，整个系统基本就崩溃了。而Linux图形界面只是一个可以更换和卸载的应用程序。常用的图形界面有GNOME、KDE、Xfce、LXDE等。本章我们将讲解如何在DFZU2EG_4EV MPSoC开发板上搭建Linux图形界面。

9.1 简介

在 Windows 中，我们习惯使用图形界面，它不仅可以让我们操作起来方便，还可以让我们沉浸在它的娱乐之中。这是因为 Windows 长期以来一直定位于个人桌面。Linux 由于开源和稳定，长期以来服务于服务器行业，但是服务器行业对图形界面的要求不高，又缺乏商业化运作，所以 Linux 的图形界面发展一直比较缓慢。当然，现在的情况不一样了，随着 Linux 这些年的发展，Linux 的图形界面也越来越好了，比如我们现在使用的 Ubuntu 18.04 版本的图形界面，就和 Windows 的图形界面风格相差无几。

Linux 的图形界面（以下统称桌面）有很多，比如 GNOME、KDE、XFCE、LXDE 等，每个桌面都有自己的风格和特点。与 GNOME 和 KDE 不同，XFCE 和 LXDE 的定位是轻量级桌面，可以在硬件性能配置不高的电脑或者嵌入式领域使用。因为图形界面对于硬件性能还是有要求的，正因为如此，我们平时使用的电脑都是带 GPU 的，当然嵌入式领域很少有 GPU，所以一般都会使用轻量级桌面，或者用 Qt 搭建一个。

桌面只是Linux系统的一个应用，所以是可以移植的。由于我们的主要目的不是移植桌面，所以没必要花精力在这上面。当然有兴趣的可以去尝试一下。那么桌面要怎么用呢？

其实，我们可以利用Petalinux来搭建一个轻量级桌面，Petalinux提供的轻量级桌面是Matchbox，也是一个窗口管理器，关于Matchbox的介绍可以访问：，或者参考CSDN上的一篇博客：。

笔者对 Matchbox 了解不多，本章使用 Matchbox 的原因有二：第一，Petalinux 提供了这样一个轻量级的桌面，它是使用 Petalinux 构建的，并对 Petalinux 的一些功能进行了讲解；第二，为以后使用其他图形界面提供帮助或参考。

图形界面存放在根文件系统中，关于根文件系统的介绍请参考 Error! Reference source not found 一节。Linux内核启动后，会加载根文件系统进入Linux系统。Linux系统长什么样子，是由根文件系统决定的。比如对于安卓手机来说，都是运行在Linux内核上的，但是不同厂商的安卓手机界面不一样，这是由根文件系统决定的。根文件系统可以用Petalinux编译出来，如本章所示；也可以用其他开源根文件系统，比如Ubuntu、Debian等。当然不是所有的根文件系统都是通用的，每个根文件系统在生成的时候都有自己的平台架构，这是由编译工具链决定的。对于我们的MPSoc开发板来说，基本可以使用适合ARM64位的根文件系统，但是有些细节可能需要适配。有兴趣的读者可以在读完本章之后，阅读9.8节的扩展阅读。

接下来我们讲解Petalinux和根文件系统相关的内容。

9.2 配置根文件系统类型

进入第 6 章 Petalinux 设计流程实践 中创建的 petalinux 工程目录，然后按照6.3.2 节设置 Petalinux 环境变量。

现在重新配置petalinux，重新设置根文件系统类型，命令如下：

petalinux-配置

在弹出的配置界面中进入“Image Packaging Configuration”菜单下的“Root filesystem type (INITRAMFS)”子菜单，如下图：

图 9.2.1 选择“EXT (SD/eMMC/QSPI/SATA/USB)”

选择“EXT (SD/eMMC/QSPI/SATA/USB)”，按键盘“Enter”键返回，结果如下图所示：

图 9.2.2 根文件系统类型的最终配置

将根文件系统类型设置为“EXT (SD/eMMC/QSPI/SATA/USB)”，也就是说根文件系统在EXT之外，可能在SD、eMMC、QSPI等，而不是像INITRD类型那样存放在i??mage.ub中。现在又有一个新问题，内核怎么知道根文件系统放在哪里，在哪一个，SD、eMMC、QSPI等？解决这个问题有两种方法。

首先：

配置“Device node of SD device”，即SD设备的设备节点。一般根文件系统是放在SD卡里的，所以用SD device来表示存放根文件系统的设备。默认是“/dev/mmcblk0p2”，代表第一个mmc设备/dev/mmcblk0的第二个分区，对应开发板eMMC的第二个分区。笔者把根文件系统放在SD卡的第二个分区，也就是SD卡的ext4分区，所以设置为“/dev/mmcblk1p2”，如下图所示：

图9.2.3 配置SD设备的设备节点”

第二种：

设置内核启动参数。

返回主配置界面。进入“DTG Settings”菜单下的“Kernel Bootargs”子菜单，如下图：

图9.2.4 设置内核启动参数

默认参数如下：

earlycon 控制台=ttyPS0,115200 clk_ignore_unused root=/dev/mmcblk0p2 rw rootwait

earlycon 控制台=ttyPS0,115200 clk_ignore_unused

修改为以下内容：

earlycon 控制台=ttyPS0,115200 clk_ignore_unused root=/dev/mmcblk1p2 rw rootwait

即将“root=/dev/mmcblk0p2”改为“root=/dev/mmcblk1p2”，/dev/mmcblk1p2对应的是SD卡的ext4分区，“root=/dev/mmcblk1p2”表示根文件系统存放在/dev/mmcblk1p2中。

但这个修改不会生效，如下图所示：

图 9.2.5 无编辑

显示“无编辑！”，我该如何更改？

首先，取消“generate boot args automated”，如下图：

图 9.2.6 取消“自动生成启动参数”

然后设置“user set kernel bootargs”。移动到“user set kernel bootargs”处按下键盘的回车键，进入下图所示界面。输入“earlycon console=ttyPS0,115200 clk_ignore_unused root=/dev/mmcblk1p2 rw rootwait”，如下图所示：

图9.2.7 设置内核启动参数

设置完成后会出现下图：

图9.2.8 设置结果

经过以上设置后，Linux 就可以准确地从 SD 卡的第二个分区，也就是 ext4 分区加载根文件系统了。其他选项与上一章相同。现在保存配置并退出。

注意：设置的“Kernel Bootargs”可以在当前工程的components/plnx_workspace/device-tree/device-tree/system-conf.dtsi中找到，如果没有或者不对应，就编译Petalinux工程即可。

9.3 定制根文件系统

输入以下命令定制根文件系统：

petalinux-config-c 根文件系统

执行结果如下图所示：

图9.3.1 根文件系统配置界面

关于该配置界面的介绍，请参考Petalinux搭建根文件系统的“Error! Reference source not found.”一节。现在我们来定制本章需要的根文件系统。

9.3.1 添加多媒体库

为了丰富根文件系统的多媒体显示功能，比如图形界面等，需要添加多媒体库。添加多媒体库需要进行以下配置：

Petalinux 软件包组 —>

软件包组-petalinux-multimedia —>

软件包组-petalinux-multimedia (Y)

结果如下图所示：

图 9.3.2 添加多媒体库

使用 <Help> 您可以看到 packagegroup-petalinux-multimedia 包含以下软件包：

图 9.3.3 包含的多媒体库

我们在本章中使用的图形界面是火柴盒。

9.3.2 配置自动登录

之前我们在开发板上运行Linux，Linux系统启动后需要输入用户名和密码，平常使用起来比较麻烦，我们可以配置一下根文件系统，让Linux系统启动后自动登录，需要配置如下：

图像特征 —>

调试调整 (Y)

结果如下图所示：

图9.3.4 配置自动登录

9.4 编译Petalinux工程

配置完根文件系统后，编译整个Petalinux工程，得到修改后的启动镜像文件和根文件系统。在终端中输入以下命令：

petalinux-构建

执行结果如下图所示：

图9.4.1 编译整个Petalinux工程

注：有警告，Petalinux版本问题，不影响使用。

编译完成后会在项目的images/linux下生成相应的镜像文件和根文件系统（rootfs.tar.gz），如下图所示：

图9.4.2 编译后的根文件系统

9.5 创建BOOT.BIN启动文件并复制到SD卡

使用以下命令生成BOOT文件：

petalinux-package--boot--fsbl--fpga--u-boot--force

执行结果如下图所示：

图9.5.1 生成BOOT文件

生成BOOT文件之后，我们将SD卡插入Ubuntu虚拟机，将工程中image/linux目录下的BOOT.BIN和image.ub文件复制到名为boot的分区，也就是/dev/sdc1分区下，如下图所示：

图 9.5.2 将启动映像复制到 SD 卡

9.6 将根文件系统复制到SD卡的ext4分区

使用命令df -h可以看到SD卡的ext4分区已经挂载到/media/cx/rootfs/了，如下图所示。之前我们都没有用过这个分区，现在终于派上用场了。

图 9.6.1 挂载点

在Ubuntu主机终端输入以下命令，将本章编译好的根文件系统解压至SD卡的rootfs分区并查看：

sudo tar -zxf rootfs.tar.gz -C /media/cx/rootfs/

ls /media/cx/rootfs/

如下所示：

图9.6.2 解压根文件系统到SD卡的rootfs分区

可以看到解压完成后，SD卡的rootfs分区已经有了根文件系统，Linux内核启动时会从SD卡的rootfs分区加载根文件系统的相应文件进入Linux系统，之后修改或者复制的文件就可以保存到SD卡的rootfs分区，不会在断电时丢失。

现在您可以卸载 SD 卡。特别注意在终端中输入以下命令来卸载它：

sync #同步

cd #避开SD卡挂载的目录

卸载/dev/sdc*

/dev/sdc 就是我的SD卡所在目录，输入上述命令之后，当终端弹出下一个提示符的时候就可以拔出SD卡了，如下图所示：

图 9.6.3 卸载 SD 卡

过早移除SD卡将导致开发板上的Linux系统无法启动。

9.7 启动开发板上的Linux

将SD卡插入开发板的SD卡槽（卡槽在开发板的背面），然后使用USB Type-C线将开发板的USB_UART接口连接到电脑进行串口通信，连接miniDP线显示图形界面。接下来将开发板上的启动模式开关设置为从SD卡启动。最后连接开发板的电源线，给开发板上电。

连接到开发板miniDP接口的显示器显示的内容如下图所示：

图9.7.1 根文件系统显示的桌面

这是轻量级桌面Matchbox的图形界面，非常简单。

串行终端显示如下图所示：

图 9.7.2 串行终端

注意：按回车键显示“root@ALIENTEK-ZYNQ:~#”。

现在我们给开发板接上鼠标和键盘，就可以使用图形界面了，这里就不介绍图形界面的使用方法了，有兴趣的读者可以自行研究。

至此我们已经完成了Linux图形界面的使用。

注意：输出中的Errors、Cant find、failure等信息可能是软件本身的一些问题，但是并不影响使用。

9.8 进一步阅读

我们进入Ubuntu官网，可以看到Xilinx和Raspberry Pi，如下图：

图 9.8.1 Xilinx 和 Raspberry Pi

也就是说 Xilinx 和 Raspberry Pi 是和生产 Ubuntu 的公司合作的，相应的应该也会有针对 Xilinx 和 Raspberry Pi 的 Ubuntu 系统镜像。

我们先来看一下Xilinx，在Xilinx的页面上，有如下说明：

图 9.8.2 MPSoc 的 Ubuntu 桌面系统镜像

可以看到，有专门针对Xilinx自家的ZCU102、ZCU104、ZCU106开发板的Ubuntu桌面系统镜像。ZCU102和ZCU104都属于ZYNQ UltraScale+ MPSoc系列，理论上可以用于所有ZYNQ UltraScale+ MPSoc系列，因为同架构（同PS）的处理器根文件系统一般是通用的，只需要替换FAT32分区的启动镜像即可。很遗憾，笔者没能成功适配到我们使用的ZYNQ UltraScale+ MPSoc开发板上，有兴趣的读者可以尝试一下。

现在我们来看看树莓派，进入之后对应的网页如下图所示：

图 9.8.3 Raspberry Pi 的 Ubuntu 系统

树莓派的Ubuntu系统有桌面版和服务器版，各自的使用都有相应的教程，大家可以参考学习。

介绍完树莓派之后，可能会有读者问，那树莓派的Ubuntu系统是不是也可以在我们的开发板上使用呢？

答案是肯定的，我们先来看看树莓派各个版本的具体参数，如下图所示（图片来自百度百科）：

图9.8.4 树莓派各个版本参数

可以看出，3代B、B+、CM3树莓派使用的CPU都是四核ARM A53，和我们使用的2eg、4ev开发板是一样的，而且同型号的CPU可以使用相同的根文件系统，也就是SD卡EXT4分区的内容。根文件系统运行在Linux内核上，和底层关系不大，只要内核使用我们自己的开发板，就可以使用树莓派的根文件系统。笔者尝试将服务器版的树莓派Ubuntu系统烧录到SD卡，然后替换SD卡FAT32分区的内容，开机后不知为何提示密码错误（用户名和密码都是ubuntu），如下图所示：

图9.8.5 用户名与密码不对应

由于时间关系，笔者没有做太多的尝试，感兴趣的读者可以自行尝试。

相关信息：

1）刻录Ubuntu映像：

2）Ubuntu系统网络配置：