搭建基于qemu的linux开发环境

在某些情况下，如果我们没有Mini2440开发板，或者开发板某些硬件损坏了，这时候我们还要继续学习linux内核移植和驱动开发，我们应该怎么办，这里我们可以采用qemu搭建linux开发环境。

在之前的u-boot系列博客中我们已经介绍了u-boot的移植、以及linux内核移植、根文件系统制作。并且尝试将编译后的程序烧录到开发板中运行。而这一节我们将尝试在qemu上搭建这一套开发环境。

由于我们要使用qemu模拟一个开发板，在安装了qemu之后，在系统环境下输入： qemu-system-arm -M help 可以查看qemu支持的ARM平台的开发板的型号，如下图所示：

这里是没有smdk2440这块板子的，结合一下网上的资料后发现有关 vexpress-a9 的资料和讨论最多，所以我们选择这个开发板来进行模拟。

一、准备工作

1.1 qemu介绍

qemu 是一个硬件虚拟化程序( hypervisor that performs hardware virtualization)，与传统的 VMware / VirtualBox 之类的虚拟机不同，它可以通过 binary translation 模拟各种硬件平台（比如在 x86 机器上模拟 ARM 处理器）。而 VirtualBox 等更多是通过虚拟化来进行资源隔离，以便在其上运行多个 guest os。

基于 qemu 的硬件模拟能力，我们可以轻松搭建指定硬件平台的运行实验环境。

qemu 与 VirtualBox 另一个不同点在于，在 VirtualBox 上必须安装一个完整的操作系统套件，而通过 qemu 我们可以通过参数直接启动到一个裸的 Linux Kernel，连 bootloader 都不需要关心。在此之外，按需配置相关工具套件与启动好的 Kernel 一起工作即可。

qemu 提供的这种高度可定制化的白盒能力，使得我们可以按需构建快速、轻量级的开发环境，提供流畅的开发体验。

1.2 安装qemu

在ubuntu环境下安装qemu：

sudo apt install qemu

二、编译linux内核

2.1 编译配置

这里我们使用linux-5.2.8源码，执行如下命令：

cd /work/linux-5.2.8      #源码放在这个路径
make ARCH=arm vexpress_defconfig

配置完成后相应的配置项会保存在 .config 文件中。下一次执行 make menuconfig 时可以 load 这份配置文件，在此基础上进行修改。

进入菜单配置，进行以下设置：

make ARCH=arm menuconfig

System Type -->

[ ] Enable the L2x0 outer cache controller 取消该选项，否则qemu运行不起来

Kernel Features -->

[*] Use the ARM EABI to compile the kernel 确保该选项被选择

2.2 编译内核和模块

编译内核镜像时，执行：

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-

编译成功后，arch/arm/boot目录下生成内核镜像文件zImage。

同时在路径下生成设备树文件：arch/arm/boot/dts/vexpress-v2p-ca9.dtb

需要注意编译linux内核使用的是arm-linux-gcc4.6.4。

2.3 运行测试

编译好内核以后，我们就可以使用qemu启动内核了。只需要使用-kernel参数告诉qemu内核文件的位置即可：

qemu-system-arm \
-M vexpress-a9 \
-m 512M \
-kernel /work/linux-5.2.8/arch/arm/boot/zImage \
-dtb /work/linux-5.2.8/arch/arm/boot/dts/vexpress-v2p-ca9.dtb \
-nographic \
-append "console=ttyAMA0"

-m指定内存大小；

-kernel：指定内核文件路径；

-nographic：不使用图形界面，只使用串口；

-dtb: 指定dtb文件路径；

-append ：内核启动参数，这里是告诉内核运行的串口设备是什么；

也可以使用 qemu-system-arm --help 来查看其他参数的使用说明。

不出意外的话，就可以在启动窗口中看到内核的启动日志了。在内核启动的最后，会出现一条 panic 日志：

---[ end Kernel panic - not syncing: VFS: Unable to mount root fs on unknown-block(0,0) ]---

从日志内容可以看出，内核启动到一定阶段后尝试加载根文件系统，但我们没有指定任何磁盘设备，所以无法挂载根文件系统。

而且编译出来的内核模块现在也没有用上，内核模块也需要存放到文件系统中供内核需要的时候进行加载。

所以，接下来需要制作一个磁盘镜像文件供内核作为根文件系统加载。

注意：如果需要退出qemu:在qemu中输入ctrl+a 抬起后，再输入’x’。

三、根文件系统制作

根文件系统的制作，需要使用busybox工具，参考之前的文章Mini2440之yaffs2根文件系统移植，按照这篇文章的前两节进行操作，生成rootfs文件夹即可：

制作SD卡镜像：

cd /work/sambashare
dd if=/dev/zero of=rootfs.ext4.img bs=1M count=32

此时会在当前路径下生成rootfs.ext4.img文件：

-rw-r--r--  1 root root 33554432 2月   8 22:24 rootfs.ext4.img

显然，rootfs.ext4.img并不是真正的SD卡设备，它只是我们在磁盘上创建的一个文件(为qemu创建的虚拟SD卡)。

接下来我们会假装它是一张SD卡，并正儿八经的对其进行格式化、挂载等操作。先将它按照ext4文件系统格式进行格式化：

mkfs.ext4 rootfs.ext4.img

成功后显示如下：

把这个镜像文件按照ext4文件系统类型进行挂载，从而方便往里面拷贝内容。

注意，rootfs.ext4.img不是真正的SD卡，实质是一个文件，一个包含有文件系统格式的文件，也就是一个loop设备。所以挂载的时候要添加loop选项：

mkdir -p /mnt/rootfs   # 没有才创建
mount -t ext4 -o loop rootfs.ext4.img /mnt/rootfs

这里我们将rootfs.ext4.img挂载到/mnt/rootfs路径下。

最后，将我们通过busybox创建的根文件系统拷贝到挂载点/mnt/rootfs上，并卸载rootfs.ext4.img：

cp -a rootfs/* /mnt/rootfs/
umount /mnt/rootfs

此时文件系统将会被拷贝到rootfs.ext4.img文件系统中。

四、在qemu上利用启动kernel

制作好根文件系统镜像之后，就可以使用qemu运行kernel了，看看能不能成功挂载根文件系统。运行如下命令：

qemu-system-arm \
-M vexpress-a9 \
-m 512M \
-kernel /work/linux-5.2.8/arch/arm/boot/zImage \
-dtb /work/linux-5.2.8/arch/arm/boot/dts/vexpress-v2p-ca9.dtb \
-nographic \
-sd /work/sambashare/rootfs.ext4.img \
-append "root=/dev/mmcblk0 rw console=ttyAMA0"

启动成功后，最后出现如下图示：

Please press Enter to activate this console.

按提示按下 Enter 键之后将会启动 shell，进行到我们熟悉的环境，可以执行各种常用命令了。

比如运行命令：

[root@zy:/]# ls
bin         lib         mnt         sbin        usr
dev         linuxrc     proc        sys
etc         lost+found  root        tmp

设备文件也被自动创建了：

[root@zy:/]# ls /dev
console             tty10               tty53
cpu_dma_latency     tty11               tty54
full                tty12               tty55
gpiochip0           tty13               tty56
gpiochip1           tty14               tty57
...