Linux下qemu的安装并搭建虚拟arm环境（带helloworld测试）【超详细】

1、准备工作

1.1 安装交叉汇编工具

交叉编译器的作用就不需要详细解释了，因为我们是在x86平台上进行编译，而运行的平台是ARM系统，这2个平台的指令集不一样，所以需要交叉编译得到ARM系统上可以执行的程序。

sudo apt-get install gcc-arm-linux-gnueabi gcc-arm-linux-gnueabihf

验证安装结果：

dpkg -l gcc-arm-linux-gnueabi

1.2 编译内核kernel

下载内核kernel压缩包：

wget https://mirror.bjtu.edu.cn/kernel/linux/kernel/v5.x/linux-5.10.tar.xz

使用 vexpress-a9 这款开发板。vexpress-a9 是 Arm 公司自己设计的一款 4 核 Cortex-A9 开发板，U-Boot、Linux Kernel 和 QEMU 对这款开发板都做了完整的支持。

解压：

tar -xvf linux-5.10.tar.xz

在解压后的linux-5.10目录下，生成vexpress开发板子的config文件：

cd linux-5.10

make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- ARCH=arm vexpress_defconfig

编译32位kernel：

make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- ARCH=arm

生成的内核镱像位于arch/arm/boot/zImage

设备树 arch/arm/boot/dts/vexpress-v2p-ca9.dtb

1.3 u-boot编译

注意更改当前路径

wget https://ftp.denx.de/pub/u-boot/u-boot-2020.10.tar.bz2

解压：

tar -xvf u-boot-2020.10.tar.bz

解压完后，可以看到 configs 目录下有针对这款开发板的配置文件。ca9x4表示cortexA9架构，4核心,vexpress_ca9x4_defconfig。

ls configs/ | grep vexpress

编译：

make vexpress_ca9x4_defconfig

make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- all

编译时可能会出现提示：Your GCC is older than 6.0 and is not supported，解决方式如下：

更改uboot的源码：/arch/arm/config.mk

# Only test once
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

最终编译生成 elf 格式的可执行文件 u-boot 和纯二进制文件u-boot.bin，其中 QEMU 可以启动的为 elf 格式的可执行文件 u-boot ：

1.4 制作根文件系统-busybox

根文件系统放在哪里？

其实依赖于每个开发板支持的存储设备，可以放到Nor Flash上，也可以放到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。本次使用SD卡做为存储空间，文件格式为ext3格式。

①下载、编译和安装busybox：（注意更改当前路径）

链接：busybox - BusyBox: The Swiss Army Knife of Embedded Linux

版本：busybox-1_30_0

解压，并进入该目录下：

tar xjvf  busybox-1_30_0.tar.bz2

cd busybox-1_30_0

因为是配置arm环境，交叉编译到arm上运行， 需要修改Makefile:

vim Makefile

修改成这样：

编译，安装：

make menuconfig			

执行上述指令会出现如下界面，点击Settings->，再设置静态编译：

编译：

make -j6

编译完成后检查，成功：

ls -l busybox

安装（在busybox-1_30_0/_install目录下安装）：

make install

安装完成后会形成_install目录：

②形成根目录结构：

在Ubuntu主机环境下，形成目录结构，里面存放的文件和目录与单板上运行所需要的目录结构完全一样，然后再打包成镜像（在开发板看来就是SD卡），这个临时的目录结构称为根目录。

首先创建rootfs目录（根目录），根文件系统内的文件全部放到这里：

mkdir -p rootfs/{dev,etc/init.d,lib}

把busybox中的文件复制到rootfs根目录下，主要是一些基本的命令：

sudo cp busybox-1_30_0/_install/* -r rootfs/

把交叉编译工具链中的库文件复制到rootfs根目录的lib文件夹下：

sudo cp -P /usr/arm-linux-gnueabi/lib/* rootfs/lib/

创建4个tty端终设备：

sudo mknod rootfs/dev/tty1 c 4 1
sudo mknod rootfs/dev/tty2 c 4 2
sudo mknod rootfs/dev/tty3 c 4 3
sudo mknod rootfs/dev/tty4 c 4 4

③制作根文件系统镜像：

根文件系统镜像就相当于一个硬盘，就是把上面rootfs根目录中的所有文件复制到这个硬盘中。

生成512M大小的镜像：

dd if=/dev/zero of=a9rootfs.ext3 bs=1M count=32

格式化成ext3文件系统：

mkfs.ext3 a9rootfs.ext3

挂载，将文件拷贝到镜像中：

sudo mkdir tmpfs

sudo mount -t ext3 a9rootfs.ext3 tmpfs/ -o loop

sudo cp -r rootfs/*  tmpfs/

sudo umount tmpfs

2、启动qemu（arm）

目录结构：

启动qemu（arm环境）：

qemu-system-arm -M vexpress-a9 -m 512M -kernel linux-5.10/arch/arm/boot/zImage -dtb linux-5.10/arch/arm/boot/dts/vexpress-v2p-ca9.dtb -nographic -append "root=/dev/mmcblk0  console=ttyAMA0" -sd a9rootfs.ext3

启动完成：

退出qemu：Ctrl+A 松开后按 X 退出qemu。

关于qemu启动ARM虚拟机运行指令解析：

qemu-system-arm 											#qemu主要配置
-M vexpress-a9 												#模拟vexpress-a9单板
-m 512M 													#内存配置
-kernel linux-5.10/arch/arm/boot/zImage 					#内核路径
-dtb linux-5.10/arch/arm/boot/dts/vexpress-v2p-ca9.dtb 		#设备树路径
-nographic 													#不使用图形化界面，只使用串口
-append "root=/dev/mmcblk0  console=ttyAMA0" 				#内核启动参数(vexpress单板运行)
-sd a9rootfs.ext3											#SD卡印像

3、helloworld测试

在Ubuntu任意一个目录，编写HelloWorld可执行程序hello.c：

vim hello.c

#include  
int main() 
{     
    printf("HelloWorld! \n");
    return 0; 
}

交叉编译hello.c，得到arm的可执行程序hello：

arm-linux-gnueabi-gcc hello.c -g -o hello.exe  #带上-g选项编译debug版本

通过file指令，可查看hello.exe程序：

file hello.exe

把hello可执行程序复制到磁盘镜像disk.img中：

挂载（路径/home/kevin/kernel510）：

sudo mount -o loop ./a9rootfs.ext3 tmpfs/ 

复制文件（注意路径）：

sudo cp /home/kevin/hello.exe /home/kevin/kernel510/tmpfs/

卸载：

sudo umount tmpfs

再次启动虚拟机：

qemu-system-arm -M vexpress-a9 -m 512M -kernel linux-5.10/arch/arm/boot/zImage -dtb linux-5.10/arch/arm/boot/dts/vexpress-v2p-ca9.dtb -nographic -append "root=/dev/mmcblk0  console=ttyAMA0" -sd a9rootfs.ext3 -S -gdb tcp::8080

执行hello.exe程序，即可看到输出结果：