qemu 搭建 ARM Linux环境

qemu 搭建 ARM Linux环境

1.背景

​ 在某些情况下，如果我们没有板子，或者板子某些硬件坏掉了（大多数情况下是根本没板子，板子太贵），这时我们还想继续学习linux下驱动开发或者Linux内核的移植该怎么办？这时可以采用 qemu 模拟出来一个ARM开发板，同时启动Linux内核。

2.基本条件

​ Linux 内核要想启动，必须存在三件套，根文件系统、内核镜像、u-boot。由于 qemu 启动Linux内核不需要 u-boot 来引导，因此，u-boot可以不需要。

• 存在 linux 环境，本文采用 ubuntu
• 存在一份 linux 内核源码，本文Linux 内核采用 4.1.15版本
• 存在 busybox 源码，制作根文件系统
• 存在 u-boot 源码，为进入linux内核做铺垫（ PC 机主板中的 BIOS 引导代码），用 qemu 可以直接启动Linux内核，无需 u-boot
• 交叉编译工具链，将代码编译成ARM处理器能识别的可执行文件，本文章使用 4.9.4版本

3. 开始搭建

3.1 安装 qemu

​ 在终端中输入 sudo apt-get install qemu安装，安装完成后，输入 qemu-system-arm -M help 来查看 qemu 支持的 ARM 内核开发板，如下：
我们选择 vexpress-a9 这个板子。

3.2 下载 Linux 内核

1. 在终端中输入 sudo wget https://cdn.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.1.15.tar.xz，这里下载 4.1.15 这个版本的 Linux 内核，输入 tar -vxf linux-4.1.15.tar.xz解压，如下：

2. 在源码根目录下使用 vim Makefile修改顶层 Makefile，这里指定处理器架构交叉编译工具，这么做的目的时防止每次使用 make 命令都添加处理器架构与交叉编译器，如下：

3. 保存退出后，输入make vexpress_defconfig 命令，产生.config 配置文件，.config 配置文件的作用下期在讲，不求甚解的学习方式是有必要的，所有的东西刚开始学习就要掌握其底层原理是很累人的，不妨用起来之后，在细细探究，如下：

4. 产生配置文件之后，输入 make -j2编译内核，编译完成之后，会在 arch/arm/boot生成 Linux 内核镜像，同时在 arch/arm/boot/dts 下生成设备树文件，如下：

5. 至此，Linux源码编译产物准备完毕

3.3 下载 busybox

1. 打开终端，输入命令 wget https://busybox.net/downloads/busybox-1.30.1.tar.bz2，下载后使用 tar xvf busybox-1.30.1.tar.bz2 解压，进入文件根路径，同样修改顶层 Makefile，指定编译工具与 CPU 架构，如下：
   

2. 输入 make menuconfig 命令，配置 busybox，这里不使用静态库的方式编译busybox,使用动态的方式编译，然后手动将交叉编译器库文件拷贝至根文件系统，切记不要勾选，然后退出让改动生效，如下：

3. 输入make开始编译，编译完成后输入 make install CONFIG_PREFIX=/home/tzy/qemu/rootfs ,注意此路径需提前创建，然后进入该目录查看，会有如下文件出现（你的文件可能没这么多，多出的这些需要后期加上）：

4. 拷贝交叉编译工具库文件至跟文件系统中的lib文件夹下，库文件在安装的交叉编译工具文件夹下，拷贝完成后如下：

5. 至此，跟文件系统构建完毕，但是如何跑呢？在实际板子中需要将根文件系统保存到 flash 中去或者通过nfs的方式挂载网络文件系统供linux内核启动时访问，而qemu中没有板子，更没有flash，因此，需要虚拟出一个存储介质。

4. 制作虚拟存储介质

​ 在终端中输入 dd if=/dev/zero of=rootfs.ext3.img bs=1M count=512,就叫这块存储介质为 nor flash 吧，该 flash 大小设置为512M，然后将这块 flash 挂载到 /mnt/rootfs 目录下，然后将构建的跟文件系统拷贝到此挂载点下，输入命令cp -r /home/tzy/qemu/rootfs /mnt/rootfs，最后卸载此flash。这一步骤其实就是将sd卡插入读卡器，然后插到电脑上，然后向这个sd卡中复制些文件，然后拔出读卡器，这样你的sd卡中就存在了构建的根文件系统了，如下：

5. 启动 Linux 内核

​ 最后使用如下命令启动内核：qemu-system-arm -M vexpress-a9 -m 512M -dtb /home/tzy/qemu_linux/linux-4.1.15/arch/arm/boot/dts/vexpress-v2p-ca9.dtb -kernel /home/tzy/qemu_linux/linux-4.1.15/arch/arm/boot/zImage -nographic -append "root=/dev/mmcblk0 rw console=ttyAMA0" -sd /home/tzy/qemu_linux/sd/rootfs.ext3,成功启动以后，如下图所示：

6. 编写程序验证

1. 我们在ubuntu下编写代码，使用交叉编译器编译后，发送至根文件系统中，然后让ARM开发板运行这个程序。输入vim hello.c,打开vim编辑器编写代码，如下：
2. 保存退出后使用安装的交叉编译器来编译这段代码，命令如下 arm-linux-gnueabihf-gcc hello.c -o hello,这样就生成了ARM架构的可执行文件，输入file hello 命令查看文件信息，如下：
3. 将hello 拷贝到根文件系统下，启动开发板，并执行该文件，可以看到在模拟的开发板中成功运行了编写的代码，如下：