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泰晓科技 / RISCV-Linux

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Corrector: TinyCorrect v0.1-rc3 - [spaces codeinline]
Author: ZhaoSQ 1044239768@qq.com
Date: 2022/07/18
Revisor: Falcon falcon@tinylab.org
Project: RISC-V Linux 内核剖析
Environment: Linux Lab Disk
Sponsor: PLCT Lab, ISCAS

在泰晓 Linux 实验盘中构建 QEMU 并引导 openEuler for RISC-V

泰晓 Linux 实验盘 已经提供了一些基础包(包含了编译器和编译工具:gcc、git、make 等),但是在构建 QEMU 之前需要安装一些额外的包。

安装编译所需的软件包

基础软件包

  • glib2.0-dev (9 MiB),这会自动包含 zlib1g-dev。
  • libfdt-devel。

对于 Ubuntu LTS(可能还有其他基于 Debian 的发行版),所有必须的附加软件包都可以像这样安装:

$ sudo apt install git libglib2.0-dev libfdt-dev libpixman-1-dev zlib1g-dev ninja-build

额外的软件包

  • git-email, used for sending patches
  • libsdl2-dev, needed for the SDL based graphical user interface
  • gtk3-devel, for a simple UI instead of VNC
  • vte-devel, for access to QEMU monitor and serial/console devices via the GTK interface
  • libcapstone-dev, for disassembling CPU instructions

上边的列表并不是 QEMU 完整的软件包。为了尽可能多的使用 QEMU 的功能,在执行 configure 前,应该安装更多的软件包。

对于 Ubuntu 系统,推荐安装额外的软件包,以实现最大的功能范围,可以安装如下内容:

$ sudo apt install git-email
$ sudo apt install libaio-dev libbluetooth-dev libcapstone-dev libbrlapi-dev libbz2-dev
$ sudo apt install libcap-ng-dev libcurl4-gnutls-dev libgtk-3-dev
$ sudo apt install libibverbs-dev libjpeg8-dev libncurses5-dev libnuma-dev
$ sudo apt install librbd-dev librdmacm-dev
$ sudo apt install libsasl2-dev libsdl2-dev libseccomp-dev libsnappy-dev libssh-dev
$ sudo apt install libvde-dev libvdeplug-dev libvte-2.91-dev libxen-dev liblzo2-dev
$ sudo apt install valgrind xfslibs-dev

较新版本的 Debian / Ubuntu 也可能会尝试这些附加软件包:

$ sudo apt install libnfs-dev libiscsi-dev

获取源代码

如果想要使用最新的代码,甚至为代码做出贡献,建议通过 git 获取 QEMU 的代码,仓库地址为:QEMU

推荐使用如下命令下载软件:

$ git clone https://gitlab.com/qemu-project/qemu.git

简单的构建和测试

QEMU 支持在根目录下的任意文件夹进行构建,因此可以有很多不同的构建文件夹。比如,构建在 QEMU 根目录下的 bin/debug/native 中。

这是我的构建过程:

// 打开 QEMU 根目录
$ cd qemu

// 准备构建文件夹,bin/debug/native
$ mkdir -p bin/debug/native
$ cd bin/debug/native

// 配置 QEMU 并开始构建
$ ../../../configure --enable-debug
$ make

// 返回 QEMU 根目录
$ cd ../../..

构建完成,开始一个简单测试:

$ bin/debug/native/x86_64-softmmu/qemu-system-x86_64 -L pc-bios

此测试运行启动 PC BIOS 的 QEMU 系统仿真。

编译支持 RISC-V 的 QEMU

如果希望仿真 RISC-V 处理器,则在配置时需要加上 --target-list="riscv32-softmmu riscv64-softmmu riscv64-linux-user"

riscv32-softmmu, riscv64-softmmu 为系统模式,riscv64-linux-user 为用户模式。为了测试方便,都安装。

下面是完成的配置与编译过程(在 QEMU 根目录中,执行以下命令):

// 准备构建文件夹,bin/debug/riscv
$ mkdir -p bin/debug/riscv
$ cd bin/debug/riscv

// 配置 QEMU 并开始构建
$ ../../../configure --target-list="riscv32-softmmu riscv64-softmmu riscv64-linux-user"
$ make

// 返回 QEMU 根目录
$ cd ../../..

构建完成,开始一个简单测试,在 QEMU 的根目录下,执行以下命令。

$ bin/debug/riscv/qemu-system-riscv64 --version

如出现类似如下输出表示 QEMU 成功安装并正常工作。

QEMU emulator version 7.0.50 (v7.0.0-2400-g63b38f6c85)

Copyright (c) 2003-2022 Fabrice Bellard and the QEMU Project developers

下载并运行 openEuler for RISC-V

下载 openEuler RISC-V 系统镜像

我们的目标是运行的 openEuler RISC-V OS,本次使用的版本为 20.03。

下载地址:https://repo.openeuler.org/openEuler-preview/RISC-V/Image/

其中的两个文件是启动 openEuler RISC-V 移植版所必须的:

  • fw_payload_oe.elf/fw_payload_oe_docker.elf 利用 openSBI 将 kernel-5.5 的 image 作为 payload 所制作的用于 QEMU 启动的 image。这两个文件选择一个就可以,前者不支持 Docker,后者支持。
  • openEuler-preview.riscv64.qcow2openEuler RISC-V 移植版的 rootfs 镜像。

通过 QEMU 启动一个 openEuler RISC-V

在 QEMU 的同级目录下,新建一个名为 openeuler/ 的文件夹,将 fw_payload_oe.elfopenEuler-preview.riscv64.qcow2 文件拷贝进去,然后用 QEMU 启动系统:

$ mkdir openeuler/ && cd openeuler/
// 把 `fw_payload_oe.elf` 和 `openEuler-preview.riscv64.qcow2` 拷贝进来,然后执行下述命令
$ ~/Desktop/workspaces/qemu/bin/debug/riscv/qemu-system-riscv64 \
  -nographic -machine virt \
  -smp 2 -m 2G \
  -kernel fw_payload_oe_docker.elf \
  -drive file=openEuler-preview.riscv64.qcow2,format=qcow2,id=hd0 \
  -object rng-random,filename=/dev/urandom,id=rng0 \
  -device virtio-rng-device,rng=rng0 \
  -device virtio-blk-device,drive=hd0 \
  -device virtio-net-device,netdev=usernet \
  -netdev user,id=usernet,hostfwd=tcp::12055-:22 \
  -append 'root=/dev/vda1 rw console=ttyS0 systemd.default_timeout_start_sec=600 selinux=0 highres=off earlycon' \
  -bios none

注意 -smp 选项为 CPU 核数,-m 为虚拟机内存大小,请根据宿主机配置酌情修改。

启动命令可做成 Shell 脚本,其中 fw_payload_oe_docker.elfopenEuler-preview.riscv64.qcow2 需修改为实际下载的文件名,并注意相对和绝对路径,如做成启动脚本则可与脚本放在同一目录下。

登录 openEuler 系统

  • 登录用户:root
  • 默认密码:openEuler12#$

建议在登录成功之后立即修改 root 用户密码,登陆成功之后,可以看到如下的信息:

openEuler 20.03 (LTS)
Kernel 5.5.19 on an riscv64

login: er-RISCV-rare
openEuler 20.03 (LTS)
Kernel 5.5.19 on an riscv64

openEuler-RISCV-rare login: root
Password:
Last login: Tue Sep  3 09:30:22 on ttyS0

Welcome to 5.5.19

System information as of time: 	Tue Sep  3 09:30:17 UTC 2019

System load: 	0.64
Processes: 	65
Memory used: 	2.6%
Swap used: 	0.0%
Usage On: 	12%
Users online: 	1

[root@openEuler-RISCV-rare ~]#

建议在 Host Linux 上通过 ssh 登录到运行在 QEMU 模拟器之上的 openEuler OS,如直接使用,可能会出现 VIM 键盘输入异常。

$ ssh -p 12055 root@localhost

小结

本文详细介绍了如何在 泰晓 Linux 实验盘 中,快速从源码构建一个用于仿真 RISC-V 处理器架构的 QEMU,并演示了如何下载并启动一个最新版的 openEuler for RISC-V 系统,希望对大家有所帮助。

根据 Linux Lab 项目的最新开发动态,我们发现在它的 next 分支中已经可以直接编译 QEMU v7.0.0,预计在新版 泰晓 Linux 实验盘 中,也将很快支持 QEMU 的自动构建,敬请期待,我们下回再进行相关演示。

参考资料

  1. Linux 主机上构建 QEMU
  2. 在 Ubuntu 上安装 GitHub desktop
  3. Running 64- and 32-bit RISC-V Linux on QEMU
  4. 通过 QEMU 仿真 RISC-V 环境并启动 OpenEuler RISC-V 系统
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https://gitee.com/tinylab/riscv-linux.git
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