Qemu搭建ARM vexpress开发环境(二)----通过u-boot启动Linux内核
Qemu搭建ARM vexpress开发环境(二)----通过u-boot启动Linux内核
标签（空格分隔）： Qemu ARM Linux
在上文《Qemu搭建ARM vexpress开发环境(一)》中已经简单讲述了通过Qemu模拟直接启动Linux内核，并挂在SD卡根文件系统的方法，这种方法是直接启动内核，与实际应用中ARM板的启动方式：u-boot、kernel、rootfs有些不同。现在就来讲述下通过Qemu搭建通过u-boot启动Linux内核并挂载根文件系统的方法。
1. 开发环境简述
嵌入式系统要正常运行，应该包含：u-boot、kernel、rootfs、appfs。这几部分在ARM开发板Flash上的位置关系应该类似于下图所示：
| BootLoader | BootParameters | Kernel | Rootfs | Appfs |
|---|
rootfs可以添加到开发板的Flash，也可以不用添加到开发板，而是部署到PC机上，开发板在运行完kernel，要挂载rootfs时，可以通过NFS网络挂载到设定好的PC机上的rootfs根文件系统上（下一篇文章《Qemu搭建ARM vexpress开发环境(三)----NFS网络根文件系统》会详细讲解NFS网络挂载根文件系统的具体操作方法）。
2. 准备u-boot
用来使用u-boot启动加载Linux内核
2.1 下载u-boot
从http://ftp.denx.de/pub/u-boot网站选择一个u-boot版本源码下载，本文中使用的是u-boot-2017.05版本。
2.2 解压u-boot
解压u-boot:
# tar -xvf u-boot-2018.09.tar.bz2
2.3 编译u-boot
直接编译
如果没有修改Makefile和config.mk文件，需要在编译时加上ARCH和CROSS_COMPILE的配置：
# make vexpress_ca9x4_defconfig ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi-
这种方式编译比较直接，但是在调试时，需要多次编译u-boot，参数太多会带来不便，于是可以通过以下方法，修改Makefile和config.mk文件中的ARCH和CROSS_COMPILE选项，在编译的时候就可以省去了在编译命令中添加编译配置的设置。
修改Makefile
# vim Makefile
CROSS_COMPILE = arm-linux-gnueabi-
修改config.mk
# vim config.mk
ARCH = arm
编译u-boot:
# make vexpress_ca9x4_defconfig
# make -j4
scripts/kconfig/conf --syncconfig Kconfig
CHK include/config.h
GEN include/autoconf.mk.dep
CFG u-boot.cfg
GEN include/autoconf.mk
*** Your GCC is older than 6.0 and is not supported
arch/arm/config.mk:66: recipe for target 'checkgcc6' failed
make: *** [checkgcc6] Error 1
在编译u-boot时可能会出现一些问题，只要逐个问题解决就可以编译完成了，如上所示问题，可以通过修改对应文件解决。
# vim arch/arm/config.mk
ifeq ($(CONFIG_$(SPL_)SYS_THUMB_BUILD),y)
#archprepare: checkthumb checkgcc6
archprepare: checkthumb
checkthumb:
@if test "$(call cc-name)" = "gcc" -a \
"$(call cc-version)" -lt "0404"; then \
echo -n '*** Your GCC does not produce working '; \
echo 'binaries in THUMB mode.'; \
echo '*** Your board is configured for THUMB mode.'; \
false; \
fi
#else
#archprepare: checkgcc6
endif
#checkgcc6:
# @if test "$(call cc-name)" = "gcc" -a \
# "$(call cc-version)" -lt "0600"; then \
# echo '*** Your GCC is older than 6.0 and is not supported'; \
# false; \
# fi
2.4 启动u-boot
通过Qemu启动命令启动u-boot：
# qemu-system-arm -M vexpress-a9 -m 512M -nographic -kernel tools/u-boot
U-Boot 2018.09 (Sep 24 2018 - 21:50:42 +0800)
DRAM: 512 MiB
WARNING: Caches not enabled
Flash: 128 MiB
MMC: MMC: 0
*** Warning - bad CRC, using default environment
In: serial
Out: serial
Err: serial
Net: smc911x-0
Hit any key to stop autoboot: 0
=>
至此，u-boot启动成功，下一步开始配置u-boot的内核启动参数，来启动Linux内核，并挂在根文件系统。
打印u-boot的环境变量：
=> print
arch=arm
baudrate=38400
board=vexpress
board_name=vexpress
......
scriptaddr=0x88000000
stderr=serial
stdin=serial
stdout=serial
vendor=armltd
Environment size: 4201/262140 bytes
3. 准备内核
使用u-boot引导内核镜像：
需要将内核编译为uImage格式
需要指定uImage在内存中的加载地址
编译内核时指定：make LOADADDR=? uImage -j4
在内核目录直接编译：
# make LOADADDR=0x60003000 uImage -j4
或者在Makefile中添加加载地址配置：
# vim linux/arch/arm/boot/Makefile
LOADADDR ?= 0x60003000
再编译生成uImage文件:
# make uImage -j4
4. Qemu网络功能设置
Qemu虚拟机在u-boot启动时，需要将uImage加载到内存，而uImage从哪里来？可以通过TFTP服务器下载uImage到内存指定地址。而在这之前需要通过桥接方式将网络链接到Xubuntu系统。
4.1 配置Qemu与主机的网络连接
采用桥接网络连接Host主机通信
主机内核需要支持tun/tap模块
4.2 配置Xubuntu主机
安装桥接网络依赖的两个工具：
# sudo apt install uml-utilities bridge-utils
创建tun设备文件：/dev/net/tun（一般会自动创建）
修改/etc/network/interfaces文件配置网络
# sudo vim /etc/network/interfaces
auto lo
iface lo inet loopback
auto enp0s3
auto br0
iface br0 inet dhcp
bridge_ports enp0s3
配置/etc/qemu-ifup、/etc/qemu-ifdown脚本（高版本会自动配置，不需要手动配置）
4.3 重启系统，使配置生效
# reboot
或者：
# init 6
4.4 查看Qemu的网络环境
# ifconfig
br0 Link encap:Ethernet HWaddr 08:00:27:63:e5:46
inet addr:192.168.0.105 Bcast:192.168.0.255 Mask:255.255.255.0
inet6 addr: fe80::a00:27ff:fe63:e546/64 Scope:Link
UP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1
RX packets:39 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
TX packets:64 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
collisions:0 txqueuelen:1000
RX bytes:10471 (10.4 KB) TX bytes:7534 (7.5 KB)
虚拟网口br0即Qemu虚拟机与Linux主机通讯的网口
5. 安装TFTP服务器
创建TFTP服务器，用来给Qemu模拟开发板启动uImage时，下载uImage到内存中。
1) 安装Linux主机Host的TFTP服务器工具：
# sudo apt install tftp-hpa tftpd-hpa xinetd
2) 修改配置文件，设置TFTP服务器目录：
# sudo vim /etc/default/tftpd-hpa
......
TFTP_DIRECTORY="/home/mcy/tftpboot"
......
3) Linux主机上创建tftp目录：
# mkdir /home/mcy/tftpboot
# chmod 777 /home/mcy/tftpboot
4) 重启tftp服务：
# sudo /etc/init.d/tftpd-hpa restart
6. 设置u-boot中的内核启动参数
启动Qemu验证
# cat boot.sh
#! /bin/sh
qemu-system-arm \
-M vexpress-a9 \
-m 512M \
-kernel u-boot \
#-dtb kernel/linux-4.4.157/arch/arm/boot/dts/vexpress-v2p-ca9.dtb \
-nographic \
-net nic,vlan=0 -net tap,vlan=0,ifname=tap0 \
#-append "root=/dev/mmcblk0 rw console=ttyAMA0" \
-sd rootfs.ext3
至此，rootfs目录下就是一个简易的根文件系统，可以将它制作成一个镜像文件，将镜像文件烧写到开发板，或者通过Qemu中的u-boot启动Linux内核后挂载到镜像文件上。也可以设置为通过NFS网络文件系统启动，参考下一篇文章《Qemu搭建ARM vexpress开发环境(三)----NFS网络根文件系统》。
