从零使用qemu模拟器搭建arm执行环境
为什么会有这篇文章
早在2011年的时候，跟当时同事一起讨论，做Linux系统开发正处于整个Linux开发中间层，没有上层的C/C++业务和数据库的开发经验。也没有底层的内核和驱动开发经验，究竟路该怎样走……基于对Linux系统开发的理解和内核的兴趣。觉得选择Linux内核开发更适合自己。于是到淘宝上买了块三星s3c2440(arm 9)开发板，学起内核开发。没有过多久。机缘巧合，正式添加了公司的内核开发部。就这样跟内核和arm打上交道了。
没有想到这一做就是3年了，arm芯片仅仅有在公司才干使用，回到家里就不能訪问了。去年（2014）開始觉得做内核久了，应该向内核社区提交patch，提升知名度和影响力。但在公司提交patch不方便。于是在家里通过qemu方式搭建于ARM A9的执行环境，进行开发和測试验证。一口气提交了好几个patch（link1, link2, link3, link4, link5）并被社区接纳了。
近期在梳理Linux内存机制，不管是《深入理解Linux内核》还是《深入理解内核架构》这两本红宝书都无法告知你每一个细节的时候。就须要查看代码细节。改动代码。甚致做行为分析。
此时须要改动代码输出调试信息。以帮助更深入体会代码的逻辑。
这该是qemu派上场的时候。
事实上我前前后后搭建qemu+arm的执行环境已超过5次了。每次都要花上非常多时间。碰巧昨天有同事看到我再次搭建。他如搭珍宝，告诉我一定要将搭建qemu的方法告诉他。
所以，假设你想买个开发板来做arm + linux嵌入式开发，全然能够使用qemu进行开发。或者你像我一样，对内核机制关心，而不关心于详细的外设器件。最多是关心arm架构相关的功能，也能够使用qemu进行开发。
一句话：搭建qemu+arm环境，用于做内核开发和功能分析调试。
搭建好开发环境
我整个搭建过程都是在笔记本上进行的，Ubuntu 12.04系统；假设是Fodera环境。搭建过程可能略有不同。但关键步骤是不变的。
qemu模拟得最好的arm芯片，要数ARM公司的vexpress A9开发板了，本文的搭建过程都是环绕这个开发板进行的。
当然。假设你想搭其他开发板，也不难，仅仅要qemu和内核对它有成熟的支持就够了。
以下是step by step的搭建过程。建议没有特别诉求的朋友，依照下在面的步骤操作。或者先依据以下的步骤成功搭建vexpress执行环境之后。再依据自己的需求进行更改。
下载Linux内核
下载内核有两种方法，一种是用git直接下载内核代码树，方便后面的内核开发。还有一种是直接到内核社区下载相应版本号的源代码包。
我採用第一种方法，但后面发现主线上3.18版本号和后面版本号的代码，使用这样的搭建方法执行不起来。
眼下未查明问题的根因。
假设读者想高速搭建成功。建议选用3.16版本号的内核进行搭建。
方法一：使用git
git clonegit://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git
方法二：直接下载3.16源代码包
wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v3.x/linux-3.16.tar.xz
安装arm的交叉编译工具链
假设你订制一个交叉编译工具链，建议你使用crosstool-ng开源软件来构建。但在这里建议直接安装arm的交叉编译工具链：
sudo apt-get install gcc-arm-linux-gnueabi
编译Linux内核
make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- ARCH=arm vexpress_defconfig
编译：
make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- ARCH=arm
生成的内核镱像位于arch/arm/boot/zImage， 兴许qemu启动时须要使用该镜像。
下载和安装qemu模拟器
事实上Ubuntu 12.04有qemu的安装包。但由于版本号较低。对vexpress开发板支持不友好，建议下载高版本号的qemu:
wget http://wiki.qemu-project.org/download/qemu-2.0.2.tar.bz2
配置qemu前。须要安装几个软件包：
sudo apt-get install zlib1g-dev
sudo apt-get install libglib2.0-0
sudo apt-get install libglib2.0-dev配置qemu，支持模拟arm架构下的全部单板：
./configure --target-list=arm-softmmu --audio-drv-list=
编译和安装：
make
make install
測试qemu和内核是否能执行成功
qemu已经安装好了。内核也编译成功了，到这里最好是測试一下，编译出来的内核是否OK，或者qemu对vexpress单板支持是否够友好。
执行命令非常easy：
qemu-system-arm -M vexpress-a9 -m 512M -kernel /home/ivan/kernel_git/linux/arch/arm/boot/zImage -nographic -append "console=ttyAMA0"
假设看到内核启动过程中的打印，说明前的搭建是成功的。
这里简介下qemu命令的參数：
-M vexpress-a9 模拟vexpress-a9单板，你能够使用-M ?參数来获取该qemu版本号支持的全部单板
-m 512M 单板执行物理内存512M
-kernel /home/ivan/kernel_git/linux/arch/arm/boot/zImage 告诉qemu单板执行内核镜像路径
-nographic 不使用图形化界面，仅仅使用串口
-append "console=ttyAMA0" 内核启动參数。这里告诉内核vexpress单板执行。串口设备是哪个tty。
注意：
我每次搭建，都忘了内核启动參数中的console=參数应该填上哪个tty，由于不同单板串口驱动类型不尽同样，创建的tty设备名当然也是不同样的。
那vexpress单板的tty设备名是哪个呢？ 事实上这个值能够从生成的.config文件CONFIG_CONSOLE宏找到。
假设搭建其他单板，须要注意内核启动參数的console=參数值，同样地，可从生成的.config文件里找到。
制作根文件系统
到这里是否大功告成了呢？ 事实上在上面的測试中，你会发现内核报panic，由于内核找不到根文件系统，无法启init进程。
根文件系统要考虑两个方面：
1. 根文件系统的内容
假设你看过《Linux From Scratch》。相信你会对这一步产生恐惧感。但假设一直从事嵌入式开发。就能够放下心来。根文件系统就是简单得不能再简单的几个命令集和态动态而已。为什么Linux From Scratch会有那么复杂。是由于它要制作出一个Linux发生版。但在嵌入式领域，差点儿全部的东西，都是mini版本号，根文件系统也不例外。
本文制本的根文件系统 = busybox(包括基础的Linux命令) + 执行库 + 几个字符设备
2. 根文件系统放在哪里
事实上依赖于每一个开发板支持的存储设备，能够放到Nor Flash上。也能够放到SD卡，甚至外部磁盘上。
最关键的一点是你要清楚知道开发板有什么存储设备。
本文直接使用SD卡做为存储空间，文件格式为ext3格式
下载、编译和安装busybox
wget http://www.busybox.net/downloads/busybox-1.20.2.tar.bz2
make defconfig
make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi-
make install CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi-
安装完毕后。会在busybox文件夹下生成_install文件夹。该文件夹下的程序就是单板执行所须要的命令。
形成根文件夹结构
sudo mkdir rootfs
2. 拷贝busybox命令到根文件夹下
sudo cp busybox-1.20.2/_install/* -r rootfs/
3. 从工具链中拷贝执行库到lib文件夹下
sudo cp -P /usr/arm-linux-gnueabi/lib/* rootfs/lib/
4. 创建4个tty端终设备
sudo mknodrootfs/dev/tty1 c 4 1
sudo mknod rootfs/dev/tty2c 4 2
sudo mknod rootfs/dev/tty3c 4 3
sudo mknod rootfs/dev/tty4c 4 4
制作根文件系统镜像
dd if=/dev/zero of=a9rootfs.ext3 bs=1M count=32
2. 格式化成ext3文件系统
mkfs.ext3 a9rootfs.ext3
3. 将文件复制到镜像中
sudo mkdir tmpfs
sudo mount -t ext3 a9rootfs.ext3 tmpfs/ -o loop
cp -r rootfs/* tmpfs/
sudo umount tmpfs
系统启动执行
qemu-system-arm -M vexpress-a9 -m 512M -kernel /home/ivan/qemu/linux/arch/arm/boot/zImage -nographic -append "root=/dev/mmcblk0 console=ttyAMA0" -sd a9rootfs.ext3
从内核启动打印。到命令行提示符出现，激动人心的时刻出现了……
