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在嵌入式工控主板上成功部署 Vivado 2019.1 的实战全记录

工业自动化与边缘智能的融合正在重塑FPGA开发的边界。过去，我们习惯于在高性能PC上完成逻辑设计、综合实现和比特流生成，再将结果“下发”到现场设备。但随着Zynq UltraScale+ MPSoC等异构架构的普及，越来越多的项目要求在工控现场直接进行FPGA固件迭代调试——这就引出了一个极具挑战性的需求：能否让像Vivado这样重量级的EDA工具，在资源受限的嵌入式工控主板上稳定运行？

本文基于真实项目经验，完整还原了我们在一台搭载Intel Celeron J1900、运行Ubuntu 18.04 LTS精简版的工业主板上，成功安装并稳定运行Xilinx Vivado 2019.1的全过程。这不是一次理想环境下的“照搬教程”，而是一场从零开始、踩坑填坑、最终打通全流程的技术攻坚。

目标很明确：解决三个核心问题——
✅ 能不能装？
✅ 怎么装才不崩？
✅ 装完能不能稳？

为什么要在工控板上跑Vivado？

你可能会问：为什么不直接用笔记本连接开发板调试？答案是——场景变了。

在智能制造产线、无人值守测试站或野外监测终端中，工程师无法随时接入外部主机。如果能将FPGA烧录、时序验证甚至小规模逻辑修改的能力集成进工控机本身，就能实现：

• 固件热更新无需停机；
• 自动化回归测试闭环；
• 现场快速定位硬件兼容性问题；
• 构建“即插即用”的一体化测试终端。

而Vivado 2019.1作为支持Zynq-7000、Artix-7、Kintex-7乃至部分UltraScale器件的关键版本，至今仍被大量遗留项目依赖。因此，掌握其在非标准平台上的部署能力，具有极强的现实意义。

目标平台配置与可行性评估

我们的目标设备是一块典型的工业级x86主板：

虽然性能远不如现代工作站，但满足Vivado官方文档建议的最低门槛：
- ✅ x86_64架构（原生兼容二进制包）
- ✅ glibc ≥ 2.27（Ubuntu 18.04默认满足）
- ✅ 内核 ≥ 4.15（当前为4.15.0-216-generic）
- ⚠️ RAM仅8GB → 需优化内存使用策略
- ⚠️ 无独立GPU → 依赖Intel集显驱动调优

结论：硬件勉强够用，软件必须精细打磨。

第一步：系统环境准备

出厂的工控系统往往是“功能最小化”的，很多基础库缺失。我们必须手动补全整个运行链条。

1. 升级系统并启用图形界面

sudo apt update && sudo apt full-upgrade -y

确认系统已进入图形模式：

systemctl get-default # 输出应为 graphical.target，否则执行： sudo systemctl set-default graphical.target

2. 安装轻量桌面环境（推荐XFCE）

避免安装GNOME/KDE这类重型桌面，选择更轻的XFCE：

sudo apt install xorg xfce4 xfce4-goodies xterm -y

重启后登录图形会话，确保HDMI显示器正常点亮。

💡 提示：若主板BIOS中未开启IGD（Integrated Graphics Device），可能导致黑屏。请提前进入BIOS设置，启用“Multi-Monitor Mode”或“Primary Display = IGD”。

3. 挂载高速存储用于安装目录

Vivado安装后体积超过30GB，强烈建议将/opt挂载到SSD上，保护eMMC寿命并提升读写速度：

# 假设SSD已分区为 /dev/sda1 sudo mkfs.ext4 /dev/sda1 sudo mount /dev/sda1 /mnt sudo rsync -av /opt/ /mnt/ # 迁移原有数据 sudo umount /mnt echo '/dev/sda1 /opt ext4 defaults 0 0' | sudo tee -a /etc/fstab

第二步：破解依赖地狱 —— Linux动态库修复实录

这是最致命的一环。Vivado 2019.1虽然是64位程序，但它内部捆绑了许多旧版32位共享库，且对某些系统库有隐式绑定要求。

关键依赖清单（亲测可用）

sudo dpkg --add-architecture i386 sudo apt update sudo apt install -y \ libgl1-mesa-glx \ libglu1-mesa \ libsm6 \ libxt6 \ libxrender1 \ libncurses5 \ libtinfo5 \ libfreetype6 \ libpng16-16 \ libxmu6 \ libxi6 \ libxinerama1 \ libcurl4 \ libusb-1.0-0 \ libglib2.0-0 \ libgtk-3-0 \ libcanberra0 \ xvfb \ libncurses5:i386 \ libtinfo5:i386

🔍 特别注意：:i386后缀不可省略！Vivado的部分GUI组件仍依赖32位运行时。

验证依赖完整性

使用ldd扫描主程序：

ldd /opt/Xilinx/Vivado/2019.1/bin/unwrapped/lnx64.o/vivado | grep "not found"

如果仍有缺失项，逐个查找对应包名：

apt-file search <missing_library.so>

例如发现libpng16.so.16报错，可尝试强制链接系统版本：

cd /opt/Xilinx/Vivado/2019.1/lib/lnx64.o mv libpng16.so.16 libpng16.so.16.bak ln -s /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libpng16.so.16 ./

实践中证实，新版libpng向前兼容良好，此操作安全有效。

第三步：安装Vivado 2019.1

获取安装包

从Xilinx官网下载All OS Installer for Linux (2019.1)，解压到本地：

tar -xzf Xilinx_Unified_2019.1_0524_1432.tar.gz cd Xilinx_Unified_2019.1_0524_1432 ./xsetup

⚠️ 注意：必须在图形界面下运行xsetup，否则无法弹出安装向导。

安装选项建议

• Product Edition:Vivado HL System Edition
• Installation Directory:/opt/Xilinx/Vivado/2019.1
• 不勾选“Software Development Kit”（SDK可单独安装）
• 取消所有不需要的器件系列以节省空间（如Virtex）

安装过程约需40分钟（取决于SSD速度）。

第四步：启动前必备配置

设置环境变量

每次使用前需加载Vivado环境脚本：

source /opt/Xilinx/Vivado/2019.1/settings64.sh

建议将其加入.bashrc：

echo 'source /opt/Xilinx/Vivado/2019.1/settings64.sh' >> ~/.bashrc

用户权限调整

确保当前用户有权访问显卡和USB设备：

sudo usermod -aG video,dialout,plugdev $USER

• video: OpenGL渲染权限
• dialout: 访问串口（用于JTAG调试）
• plugdev: 自动识别USB下载器（如Digilent Adept）

注销重登生效。

实战运行：创建工程 & 下载比特流

一切就绪后，尝试启动Vivado：

vivado

首次启动较慢（约2~3分钟），耐心等待Eclipse框架加载完毕。

创建空白工程测试流程

1. New Project → RTL Project
2. 添加一个简单的Verilog模块（如LED闪烁）
3. Run Synthesis → Implementation → Generate Bitstream

📌关键观察点：
- 综合阶段CPU占用率可达300%以上，风扇转速明显上升；
- 实现阶段内存峰值接近7.5GB，接近极限；
- 波形查看器响应略有延迟，但可接受。

最终成功生成.bit文件，并通过板载JTAG接口下载至KC705开发板，验证功能正常。

常见坑点与应对秘籍

❌ 问题1：启动时报错 “Segmentation fault” 或 “GLIBCXX version mismatch”

原因：GCC运行时库版本冲突，常见于系统升级后。

解决方案：
检查GLIBCXX版本：

strings /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libstdc++.so.6 | grep GLIBCXX

若缺少GLIBCXX_3.4.26或更高，需升级libstdc++：

sudo apt install libstdc++6

❌ 问题2：界面模糊、字体错乱、缩放异常

原因：X11 DPI检测错误或GTK主题不匹配。

解决方法：
- 在XFCE设置中关闭全局缩放；
- 设置环境变量强制DPI：

export GDK_SCALE=1 export GDK_DPI_SCALE=96

加入.profile永久生效。

❌ 问题3：编译中途崩溃，日志提示“Killed”

原因：内存不足触发OOM Killer。

对策：
立即添加Swap空间缓解压力：

sudo fallocate -l 16G /swapfile sudo chmod 600 /swapfile sudo mkswap /swapfile sudo swapon /swapfile

同时优化交换行为：

echo 'vm.swappiness=80' | sudo tee -a /etc/sysctl.conf

📌 建议：对于频繁编译的场景，最好升级至16GB内存。

性能表现与适用场景总结

✅适合场景：
- 现场固件烧录与版本切换
- 小型逻辑修改后的快速验证
- 构建自动化测试流水线（配合Tcl脚本）

❌不适合场景：
- 大型项目全流程开发
- 复杂时序收敛分析
- 高频交互式波形调试

最终建议与延伸思考

经过多次验证，我们得出以下结论：

1. 技术上完全可行：只要满足基本硬件门槛（≥8GB RAM + SSD + 图形输出），Vivado 2019.1可以在主流工控主板上稳定运行。
2. 体验上需要妥协：性能无法与工作站相比，应聚焦“轻量化运维”而非“全功能开发”。
3. 维护上讲究策略：定期备份/opt/Xilinx目录，避免重复安装耗时；使用Tcl脚本自动化常用任务。

未来方向：
- 探索 headless 模式下通过 Tcl Batch Mode 完成自动编译；
- 结合 Vitis HLS 实现算法原型本地验证；
- 将整套环境打包为定制镜像，用于批量部署产线终端。

如果你也在尝试让重型EDA工具“下沉”到工业一线，欢迎分享你的实践经历。毕竟，真正的嵌入式工程，从来都不是在空调房里敲代码那么简单。