qemu模擬vexpress開發板

1. 問題背景

　　最近了解到一個強大的開源虛擬機軟件:qemu。利用它能夠仿真arm板，正好能夠用來鞏固一下移植相關的操做。網上關於qemu仿真vexpress開發板的例子較多，我試了幾個，感受仍是下面這篇文章比較靠譜：

　　http://www.javashuo.com/article/p-rulgwahw-bm.html 。目前我進行到用qemu加載u-boot，或者加載內核並掛載ramdis根文件系統，也能夠利用u-boot來引導內核啓動，可是沒法掛載根文件系統。

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2. 環境介紹

　　虛擬機系統：Ubuntu 14.04

　　u-boot:           u-boot-2015-04

　　linux kernel:   linux-3.4.4

　　busybox:        busybox-1.21.0

　　toolchain:       arm-none-linux-gnueabi-   (4.6.4)

　　qemu:            QEMU emulator version 1.7.91

　　這個qemu是直接經過apt在線安裝的，在模擬某個arm板前，先看看qemu支不支持。

1 qemu-system-arm -M ?

 

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3. U-boot配置

3.1 u-boot缺省配置

　　在u-boot-2015.04目錄下，先看看關於vexpress的默認配置有哪些，這裏咱們選vexpress_ca9x4_defconfig來進行默認的配置，使用make指令，能夠在命令行指定架構和交叉編譯器，也能夠寫死在Makefile中。 

1 ls configs/ | grep vexpress 2 make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- vexpress_ca9x4_defconfig

 

3.2 u-boot環境變量

　　這裏主要設置bootargs,bootcmd和bootm。咱們能夠把這些東西寫死到include/configs/vexpress_common.h中，不然就要進入u-boot後手動敲命令設置，並且設置好後也不能save（沒有flash）。

　　bootcmd:對應宏CONFIG_BOOTCOMMAND,是u-boot啓動時會自動執行的命令。

　　bootargs:是u-boot傳遞內核的參數。

　　bootm: ${kernel_addr} ${ramdisk_addr} ${dtb_addr}  依次是內核鏡像地址，根文件鏡像地址，設備樹地址

211 /* Basic environment settings */     
212 #if 0                              
213 #define CONFIG_BOOTCOMMAND      "run bootflash;"  //將原有的宏註釋掉
214 #endif                             
215                                    
216 #define CONFIG_IPADDR    192.168.222.21  //本機IP
217 #define CONFIG_NETMASK   255.255.255.0   //掩碼
218 #define CONFIG_SERVERIP  192.168.222.20  //服務器IP：tftp服務和nfs服務
219                                    
220 #define CONFIG_BOOTCOMMAND \       
221     "tftp 0x60008000 uImage3.4.4; " \
222     "tftp 0x63000000 ramdisk_zy.img; " \
223     "setenv bootargs root=/dev/mmcblk0 console=ttyAMA0; " \
224     "bootm 0x60008000 0x63000000; "

3.3 生成u-boot.bin

　　一樣使用make指令，指定一下ARCH和CROSS_COMPILE。後面的-j2是指定2個核同時編譯，增長編譯速度。目標文件是一個二進制文件，u-boot.bin，這就是要燒寫到flash或者qemu要加載的對象。

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- -j2

　　

　　生成好u-boot後，先用qemu測試一下可否加載。這裏參數的意義就直接抄過來吧。

-M vexpress-a9 模擬vexpress-a9單板，你可使用-M ?參數來獲取該qemu版本支持的全部單板

-m 512M 單板運行物理內存512M

-kernel /root/tq2440_work/kernel/linux-stable/out_vexpress_3_16/arch/arm/boot/zImage  告訴qemu單板運行內核鏡像路徑

-nographic 不使用圖形化界面，只使用串口

-append "console=ttyAMA0" 內核啓動參數，這裏告訴內核vexpress單板運行，串口設備是哪一個tty。

20     qemu-system-arm \
 21         -M vexpress-a9 \
 22         -m 256M \   
 23         -kernel /home/linux/qemu_linux/u-boot-2015.04/u-boot \
 24         -serial stdio \
 25         -append "root=/dev/mmcblk0 nolock rw console=tty0" \

　　啓動後使用print指令打印環境變量，能夠發如今3.2中設置的環境變量在u-boot中有所體現。

　　

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4. Linux內核配置

　　和u-boot的配置步驟相似。先找找缺省配置文件。

ls arch/arm/configs/ | grep vexpress

　　

　　make 默認配置。

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- vexpress_defconfig

4.1 內核加載地址和啓動選項配置

　　編譯內核咱們能夠經過menucofig先看一下具體的配置內容。在boot option中咱們能夠配置一下下圖中的內容，這是用來設定內核啓動一些參數，能夠經過boot loader來傳遞參數（bootargs）,也能夠設定默認參數。

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- menuconfig

　　編譯內核。這裏要說明一下LOADADDR=0x60008000，在上一篇博客我有簡單的蒐集一些資料，能夠參考（雖然仍是似懂非懂。。。），不過按照設置能夠在qemu中跑起來。這裏的LOADADDR我是參考arch/arm/mach-vexpress/Makefile.boot來設置的，其內容以下圖。

這裏直接生成了uImage（用於u-boot引導），固然zImage也會同時生成。若是編譯過程當中提示缺乏mkimage工具，能夠經過apt在線安裝，也能夠本身下，這裏就再也不多說。

make LOADADDR=0x60008000  ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi- uImage -j2

　　

　　一樣，能夠先用qemu加載一下。內核能夠起來，可是因爲沒有指定根文件系統，內核會報錯。因此下一步咱們要製做根文件系統。

20     qemu-system-arm \
 21         -M vexpress-a9 \
 22         -m 256M \   
 23         -kernel uImage \
 24         -serial stdio \
 25         -append "root=/dev/mmcblk0 nolock rw console=tty0" \

　　

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5.  busybox製做根文件系統

5.1 配置busybox

　　本文製做的根文件系統 = busybox(包含基礎的Linux命令)  + 運行庫 。那麼根文件系統放在哪裏？依賴於每一個開發板支持的存儲設備，能夠放到Nor Flash上，也能夠放到SD卡，甚至外部磁盤上。最關鍵的一點是你要清楚知道開發板有什麼存儲設備。

 　　進入busybox,運行  make menuconfig。配置靜態創建busybox。

File systems --->
		Pseudo filesystems ---> 
			[*] Virtual memory file system support (former shm fs)
			[*] Tmpfs POSIX Access Control Lists

　　

　　而後運行 make install  。完成後，會在busybox目錄下生成_install目錄，該目錄下的程序就是單板運行所須要的命令。將這裏面的內容所有複製到一個新建的文件夾，如rootfs下面。

　　還有很重要的一點就是etc/目錄下的內容，這裏通常有4個文件,能夠手動進行配置，也能夠直接從網上下。http://files.cnblogs.com/files/pengdonglin137/etc.tar.gz

 

　　簡單說一下4個文件的做用：

1. /etc/fstab 文件負責配置Linux開機時自動掛載的分區。
2. rcS是一個腳本文件，在inittab文件中本解析調用，用於配置Linux系統。這個能夠參考https://www.cnblogs.com/lp1129/articles/3148858.html。
3. init程序須要讀取配置文件/etc/inittab.inittab是一個不可執行的文本文件,它有若干行指令所組成。能夠參考https://www.cnblogs.com/jason-lu/articles/3272963.html
4. /etc/profile：這個文件是每一個用戶登陸時都會運行的環境變量設置，注意是全局的

　　到目前爲止，一個mini的根文件系統就製做好了，咱們能夠經過nfs來直接掛載到這個rootfs，也能夠把它製做成ramdisk鏡像，直接燒錄到flash中。

5.2 製做ramdisk鏡像

　　運行如下命令，這裏解釋一下4-7的做用，先建立一個臨時目錄，用於掛載製做好的根文件系統，再把rootfs的內容複製到這個根文件系統中，相似於咱們平時使用u盤。

1 sudo dd if=/dev/zero of=rootfs.ext3 bs=1M count=32
2 sudo mkfs.ext3 rootfs.ext3 3 
4 sudo mkdir -p tmpfs 5 sudo mount -t ext3 rootfs.ext3 tmpfs/ -o loop 6 sudo cp -r rootfs/* tmpfs/ 7 sudo umount tmpfs·

　　接下來，用qemu加載內核和ramdisk。最後的 -sd 便是模擬一個sd卡，裏面存放着跟文件系統。

qemu-system-arm \ -M vexpress-a9 \ -m 256M \ -kernel /home/linux/qemu_linux/linux-3.4.4/arch/arm/boot/zImage \ -nographic \ -append "root=/dev/mmcblk0 rw console=ttyAMA0" \ -sd ~/qemu_linux/rootfs.ext3

 

 6. 結果

　　理想結果，用qemu加載u-boot，再經過u-boot來引導內核，內核直接加載ramdisk，或者經過nfs來加載rootfs。

　　實際結果：上面黃字標註的沒有實現成功。。。

　　以下圖，u-boot自啓動後成功從tftp服務器下載了內核鏡像和ramdisk。

　　可是沒法掛載根文件系統：