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在工控机上从零部署 Vivado 2021.1：一场与系统限制的实战较量

你有没有在一台没有显示器、内存刚够、硬盘快满的工业 PC 上，尝试跑起一个动辄几十 GB 的 FPGA 开发环境？这不是挑战极限，而是很多嵌入式工程师的真实日常。

随着工业自动化对实时性、可重构能力的要求越来越高，FPGA 在运动控制、机器视觉、电力监测等场景中扮演着越来越关键的角色。而Vivado 2021.1，作为 Xilinx（现 AMD）在 7 系列及 Zynq 平台上的成熟开发套件，依然是许多产线设备研发的首选工具链。

但问题来了——它本是为高性能工作站设计的，如何在一个“削到骨头”的工控 Linux 系统上稳定运行？

本文不讲泛泛而谈的安装步骤，而是带你走进一次真实的部署现场：从依赖缺失、权限报错、图形卡顿，到最终成功生成比特流的全过程。目标只有一个：让你的工业控制器，也能成为完整的 FPGA 开发节点。

为什么是 Vivado 2021.1？不是更新版也不是 ISE？

先回答一个常被问的问题：都 2025 年了，还用 2021.1？

答案很现实：

• 稳定性压倒一切。相比后续版本频繁变更的 API 和 HLS 编译器行为，2021.1 是公认的“黄金版本”，尤其适合长期服役的工业项目。
• 它完整支持Zynq-7000和Zynq UltraScale+ MPSoC，而这正是当前主流工控板卡的核心芯片（如 Xilinx Zynq XC7Z020、XC7Z030）。
• WebPACK 免费版即可满足绝大多数中小规模逻辑设计需求，无需额外授权成本。
• 对比老旧的 ISE 工具链，Vivado 支持 IP Integrator 图形化系统搭建、Tcl 自动化流程、与 Vitis 软件协同开发，开发效率提升显著。

所以，即便新版本不断推出，在工业领域，vivado2021.1 仍是那个“最靠谱的选择”。

第一步：看清你的战场——工控平台的真实环境

别急着下载安装包，先搞清楚你的“作战地形”。

典型的工控平台长这样：

• 操作系统：定制化 Linux，可能是 Debian 衍生版、Yocto 构建镜像或精简 Ubuntu
• 硬件配置：4~8GB RAM，eMMC 或 SATA SSD，无独立显卡
• 显示服务：可能默认启用 Wayland，Xorg 被裁剪
• 软件源：仓库极简，缺少libgl、libXrender这类 GUI 依赖
• 网络状态：内网隔离，无法直连外网激活许可证

这些都不是“小问题”，任何一个都可能导致安装失败或运行崩溃。

必须提前确认的关键参数

⚠️ 特别提醒：某些国产化工控机虽然标称“支持 Linux”，但使用的是深度定制内核，缺少uvcvideo、ftdi_sio等模块，将直接影响 JTAG 下载器识别！

第二步：准备弹药——系统依赖不能少

很多人第一次安装失败，原因就两个字：缺库。

Vivado 看似是一个.bin文件，其实背后依赖了一大堆 Linux 动态链接库。一旦缺失，轻则启动闪退，重则直接段错误（Segmentation fault）。

Ubuntu/Debian 环境下的必备依赖清单

sudo apt update sudo apt install -y \ libgl1-mesa-glx \ libxtst6 \ libsm6 \ libxrender-dev \ libncurses5 \ libncursesw5 \ libfreetype6 \ libusb-1.0-0 \ libudev1 \ libgtk-3-0 \ libasound2 \ wget \ unzip \ tcsh \ perl-modules \ fontconfig \ xfonts-base \ libxpm4

🔍 解释几个关键包：

• libgl1-mesa-glx：提供 OpenGL 支持，无此库 GUI 根本打不开
• libusb-1.0-0和libudev1：JTAG 设备通信基础
• tcsh：Vivado 内部脚本使用 C Shell，某些环节会调用/bin/tcsh
• libxpm4：解决常见报错libXpm.so.4: cannot open shared object

如果你用的是 Yocto 自定义系统，请确保在local.conf中加入：

IMAGE_INSTALL_append += " mesa-gl xserver-xorg libusb libudev fontconfig"

否则，哪怕你把 Vivado 装上了，也大概率启动不了。

第三步：获取并校验安装包

官方提供两种方式下载：

1. All OS Installer（约 60GB）——全功能完整版，含文档、模型、示例
2. WebPACK 版本（约 25GB）——免费，支持大部分 Zynq 和 Artix 器件

对于工控应用，WebPACK 完全够用，推荐选择此版本以节省带宽和存储。

下载命令（需登录 Xilinx 账户）

wget "https://www.xilinx.com/bin/public/openDownload?docName=xv2021.1_Installer_x64_Lin64.bin" -O vivado_2021.1.bin

❗注意：该链接为临时生成，复制前请先登录 Xilinx 官网 获取有效 URL。

多线程加速下载（推荐）

大文件传输容易中断，建议使用aria2c：

aria2c -x 8 -s 8 "https://..." -o vivado_2021.1.bin

校验完整性

安装前务必检查 SHA256：

sha256sum vivado_2021.1.bin

对比官网发布的 checksum 文件（通常在下载页面下方），防止因网络问题导致文件损坏。

第四步：静默安装——远程终端也能搞定

大多数工控机没有桌面环境，只能通过 SSH 操作。这时候就不能双击安装了，得用静默模式。

创建安装目录并赋权

sudo mkdir -p /opt/Xilinx/Vivado/2021.1 sudo chown $USER:$USER /opt/Xilinx -R

避免后续因权限不足写入失败。

启动静默安装

./vivado_2021.1.bin \ --target-dir /opt/Xilinx \ --edition WebPACK \ --log vivado_install.log \ --no-browser

参数说明：

• --target-dir：指定安装路径
• --edition WebPACK：选择免费版本
• --log：输出日志便于排查问题
• --no-browser：禁用浏览器打开欢迎页，适合无图形环境

整个过程大约持续 30~60 分钟，取决于磁盘性能。期间不要断开 SSH 连接，建议使用tmux或screen保持会话。

第五步：搞定许可证——让工具真正可用

装完不代表能用。第一次启动 Vivado 时，系统会提示“License required”。

好消息是：WebPACK 版本有永久免费许可证，适用于 Zynq-7000、Artix-7、Kintex-7 等系列器件。

获取免费 license.lic

1. 登录 Xilinx License Manager
2. 选择产品：Vivado HL WebPACK
3. 自动生成.lic文件并下载

安装许可证

方法一：放入默认路径

mkdir -p ~/.Xilinx cp ~/Downloads/license.lic ~/.Xilinx/

方法二：通过环境变量指定

export XILINXD_LICENSE_FILE=/path/to/license.lic

并将该行添加到~/.bashrc，实现开机自动加载。

内网离线申请怎么办？

如果工控机完全断网，则需手动导出主机指纹（Host ID）：

/opt/Xilinx/Vivado/2021.1/bin/unwrapped/lnx64.o/xhostid

将输出结果复制到联网电脑，在 License Manager 页面选择“Offline Host ID”，提交后下载对应的离线许可证。

第六步：配置环境变量——让命令随手可调

这是最容易被忽略却又最关键的一步。

只有正确设置环境变量，才能在任意目录下执行vivado、xsct、hw_server等命令。

添加至用户环境

编辑~/.bashrc：

# Vivado 2021.1 环境变量 export XILINX_VIVADO=/opt/Xilinx/Vivado/2021.1 export PATH=$XILINX_VIVADO/bin:$PATH export LD_LIBRARY_PATH=$XILINX_VIVADO/lib/lnx64.o:$LD_LIBRARY_PATH export TCL_LIBRARY=$XILINX_VIVADO/tps/itcl/lib/tcl8.5

保存后执行：

source ~/.bashrc

现在你可以直接输入：

vivado -version

看到输出Vivado v2021.1 (64-bit)，说明配置成功。

第七步：修复常见坑点——老司机的经验总结

就算前面每一步都做对了，也可能遇到以下典型问题：

1. 报错libpng12.so.0: cannot open shared object

Ubuntu 20.04 及以后版本已移除libpng12，而 Vivado 仍依赖它。

解决方案：

手动安装旧版库：

wget http://archive.ubuntu.com/ubuntu/pool/main/libp/libpng/libpng12-0_1.2.54-1ubuntu1_amd64.deb sudo dpkg -i libpng12-0_1.2.54-1ubuntu1_amd64.deb

或者打补丁替换为libpng16（高级操作，不推荐新手）。

2. 安装中途崩溃：“Out of memory”

尤其是内存 ≤16GB 的机器，Java 安装器容易因堆栈溢出退出。

解决方案：

增大虚拟内存限制：

ulimit -v unlimited

并在安装前运行：

echo 'vm.overcommit_memory = 1' | sudo tee -a /etc/sysctl.conf sudo sysctl -p

允许系统过度分配内存，避免 OOM killer 杀死进程。

3. GUI 闪烁、无法绘制界面

常见于未安装 Mesa 驱动或使用 Wayland 显示服务器。

解决方案：

强制切换回 Xorg，并安装驱动：

sudo apt install mesa-utils libgl1-mesa-dri

重启登录时选择 “Ubuntu on Xorg” 模式。

若仍不行，可尝试启动时禁用 OpenGL：

vivado -nogl

牺牲部分渲染性能，换取基本可用性。

4. JTAG 无法识别设备

插上 Platform Cable USB 或 Digilent 下载器，但 Vivado 显示“No hardware targets found”。

根本原因：udev 规则未注册，普通用户无访问权限。

解决方案：

运行 Xilinx 提供的驱动脚本：

cd /opt/Xilinx/Vivado/2021.1/data/xicom/cable_drivers/lin64/install_script/install_drivers sudo ./install_drivers

该脚本会在/etc/udev/rules.d/下创建52-xilinx-pcusb.rules文件，赋予用户对 USB 设备的读写权限。

完成后重新插拔 JTAG 设备即可识别。

第八步：实战验证——从创建工程到生成比特流

最后一步，来个真实测试：创建一个简单的 Zynq PL 逻辑工程，看是否能顺利完成全流程。

1. 启动 Vivado

vivado &

等待 IDE 加载完成（首次较慢）。

2. 创建工程

• 选择RTL Project
• 器件型号：xc7z020clg400-1（对应 Zybo Z7-20）
• 使用 IP Integrator 创建 Block Design

3. 搭建 PS 系统

拖入 ZYNQ7 Processing System IP，双击配置：

• Enable DDR Controller
• Enable MIO for UART0, SDIO, Ethernet
• 设置 FCLK_CLK0 = 100MHz

4. 添加 PL 模块

添加 AXI GPIO IP，连接按键和 LED，分配中断。

5. 综合 → 实现 → 生成比特流

点击Generate Bitstream，观察是否顺利通过。

若能在 20 分钟内完成布局布线并输出.bit文件，恭喜你，这套环境已经可以投入实际开发！

高阶技巧：让工控机更高效地工作

✅ 使用 VNC 远程图形化开发

无显示器？没关系，安装 TigerVNC 或 NoMachine：

sudo apt install tigervnc-standalone-server tigervnc-common vncserver :1 -geometry 1920x1080 -depth 24

然后从本地用 VNC Viewer 连接，即可获得完整桌面体验。

✅ 多版本共存管理

未来可能需要同时维护多个项目（不同 Vivado 版本），可以用别名区分：

alias vivado_2021="source /opt/Xilinx/Vivado/2021.1/settings64.sh && vivado" alias vivado_2023="source /opt/Xilinx/Vivado/2023.1/settings64.sh && vivado"

每个版本有自己的settings64.sh脚本来初始化环境。

✅ Tcl 脚本自动化构建

对于 CI/CD 流水线，完全可以脱离 GUI，用 Tcl 实现无人值守编译：

# build.tcl create_project myproj ./myproj -part xc7z020clg400-1 set_property BOARD_PART digilentinc.com:zybo-z7-20:part0:1.0 [current_project] add_files -fileset sources_1 ./top.v launch_runs impl_1 -to_step write_bitstream wait_on_run impl_1

运行：

vivado -mode batch -source build.tcl

结合 Jenkins 或 GitLab CI，实现代码提交后自动编译、烧录、测试。

结语：每一次成功的安装，都是对工程韧性的考验

在资源受限、系统封闭的工控平台上部署 Vivado 2021.1，从来不是一键完成的任务。它考验的是你对 Linux 系统的理解、对依赖关系的把握、对错误日志的敏感度。

但当你看到那个熟悉的 Vivado 启动界面终于出现在工业 HMI 屏幕上，当比特流成功烧录进 FPGA，当 PL 逻辑开始响应外部传感器信号——那一刻，所有的折腾都值得。

掌握这套部署方法，不仅意味着你能快速搭建开发环境，更代表着一种能力：把复杂的 EDA 工具，落地到真正的工业现场。

而这，正是现代 FPGA 工程师不可或缺的核心竞争力。

如果你也在工控机上跑过 Vivado，欢迎在评论区分享你的“踩坑日记”。