Qemu搭建ARM vexpress開發環境(二)----通過u-boot啟動Linux內核

標簽（空格分隔）： Qemu ARM Linux

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在上文《Qemu搭建ARM vexpress開發環境(一)》中已經簡單講述了通過Qemu模擬直接啟動Linux內核，並掛在SD卡根文件系統的方法，這種方法是直接啟動內核，與實際應用中ARM板的啟動方式：u-boot、kernel、rootfs有些不同。現在就來講述下通過Qemu搭建通過u-boot啟動Linux內核並掛載根文件系統的方法。

1. 開發環境簡述

嵌入式系統要正常運行，應該包含：u-boot、kernel、rootfs、appfs。這幾部分在ARM開發板Flash上的位置關系應該類似於下圖所示：

BootLoader	BootParameters	Kernel	Rootfs	Appfs

rootfs可以添加到開發板的Flash，也可以不用添加到開發板，而是部署到PC機上，開發板在運行完kernel，要掛載rootfs時，可以通過NFS網絡掛載到設定好的PC機上的rootfs根文件系統上（下一篇文章《Qemu搭建ARM vexpress開發環境(三)----NFS網絡根文件系統》會詳細講解NFS網絡掛載根文件系統的具體操作方法）。

2. 准備u-boot

用來使用u-boot啟動加載Linux內核

2.1 下載u-boot

從http://ftp.denx.de/pub/u-boot網站選擇一個u-boot版本源碼下載，本文中使用的是u-boot-2017.05版本。

2.2 解壓u-boot

解壓u-boot:

# tar -xvf u-boot-2018.09.tar.bz2

2.3 編譯u-boot

直接編譯
如果沒有修改Makefile和config.mk文件，需要在編譯時加上ARCH和CROSS_COMPILE的配置：

# make vexpress_ca9x4_defconfig ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi-

這種方式編譯比較直接，但是在調試時，需要多次編譯u-boot，參數太多會帶來不便，於是可以通過以下方法，修改Makefile和config.mk文件中的ARCH和CROSS_COMPILE選項，在編譯的時候就可以省去了在編譯命令中添加編譯配置的設置。

修改Makefile

# vim Makefile
CROSS_COMPILE = arm-linux-gnueabi-

修改config.mk

# vim config.mk
ARCH = arm

編譯u-boot:

# make vexpress_ca9x4_defconfig
# make -j4
scripts/kconfig/conf  --syncconfig Kconfig
  CHK     include/config.h
  GEN     include/autoconf.mk.dep
  CFG     u-boot.cfg
  GEN     include/autoconf.mk
*** Your GCC is older than 6.0 and is not supported
arch/arm/config.mk:66: recipe for target 'checkgcc6' failed
make: *** [checkgcc6] Error 1

在編譯u-boot時可能會出現一些問題，只要逐個問題解決就可以編譯完成了，如上所示問題，可以通過修改對應文件解決。

# vim arch/arm/config.mk
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

2.4 啟動u-boot

通過Qemu啟動命令啟動u-boot：

# qemu-system-arm -M vexpress-a9 -m 512M -nographic -kernel tools/u-boot
U-Boot 2018.09 (Sep 24 2018 - 21:50:42 +0800)

DRAM:  512 MiB
WARNING: Caches not enabled
Flash: 128 MiB
MMC:   MMC: 0
*** Warning - bad CRC, using default environment

In:    serial
Out:   serial
Err:   serial
Net:   smc911x-0
Hit any key to stop autoboot:  0
=>

至此，u-boot啟動成功，下一步開始配置u-boot的內核啟動參數，來啟動Linux內核，並掛在根文件系統。

打印u-boot的環境變量：

=> print
arch=arm
baudrate=38400
board=vexpress
board_name=vexpress
......
scriptaddr=0x88000000
stderr=serial
stdin=serial
stdout=serial
vendor=armltd

Environment size: 4201/262140 bytes

3. 准備內核

使用u-boot引導內核鏡像：
需要將內核編譯為uImage格式
需要指定uImage在內存中的加載地址
編譯內核時指定：make LOADADDR=? uImage -j4

在內核目錄直接編譯：

# make LOADADDR=0x60003000 uImage -j4

或者在Makefile中添加加載地址配置：

# vim linux/arch/arm/boot/Makefile
LOADADDR ?= 0x60003000

再編譯生成uImage文件:

# make uImage -j4

4. Qemu網絡功能設置

Qemu虛擬機在u-boot啟動時，需要將uImage加載到內存，而uImage從哪里來？可以通過TFTP服務器下載uImage到內存指定地址。而在這之前需要通過橋接方式將網絡鏈接到Xubuntu系統。

4.1 配置Qemu與主機的網絡連接

采用橋接網絡連接Host主機通信
主機內核需要支持tun/tap模塊

4.2 配置Xubuntu主機

安裝橋接網絡依賴的兩個工具：

# sudo apt install uml-utilities bridge-utils

創建tun設備文件：/dev/net/tun（一般會自動創建）
修改/etc/network/interfaces文件配置網絡

# sudo vim /etc/network/interfaces
auto lo
iface lo inet loopback

auto enp0s3

auto br0
iface br0 inet dhcp
bridge_ports enp0s3

配置/etc/qemu-ifup、/etc/qemu-ifdown腳本（高版本會自動配置，不需要手動配置）

4.3 重啟系統，使配置生效

# reboot

或者：

# init 6

4.4 查看Qemu的網絡環境

# ifconfig
br0       Link encap:Ethernet  HWaddr 08:00:27:63:e5:46  
          inet addr:192.168.0.105  Bcast:192.168.0.255  Mask:255.255.255.0
          inet6 addr: fe80::a00:27ff:fe63:e546/64 Scope:Link
          UP BROADCAST RUNNING MULTICAST  MTU:1500  Metric:1
          RX packets:39 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0
          TX packets:64 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0
          collisions:0 txqueuelen:1000
          RX bytes:10471 (10.4 KB)  TX bytes:7534 (7.5 KB)

虛擬網口br0即Qemu虛擬機與Linux主機通訊的網口

5. 安裝TFTP服務器

創建TFTP服務器，用來給Qemu模擬開發板啟動uImage時，下載uImage到內存中。

1) 安裝Linux主機Host的TFTP服務器工具：

# sudo apt install tftp-hpa tftpd-hpa xinetd

2) 修改配置文件，設置TFTP服務器目錄：

# sudo vim /etc/default/tftpd-hpa
......
TFTP_DIRECTORY="/home/mcy/tftpboot"
......

3) Linux主機上創建tftp目錄：

# mkdir /home/mcy/tftpboot
# chmod 777 /home/mcy/tftpboot

4) 重啟tftp服務：

# sudo /etc/init.d/tftpd-hpa restart

6. 設置u-boot中的內核啟動參數

啟動Qemu驗證

# cat boot.sh
#! /bin/sh
qemu-system-arm \
        -M vexpress-a9  \
        -m 512M \
        -kernel u-boot   \   
        #-dtb kernel/linux-4.4.157/arch/arm/boot/dts/vexpress-v2p-ca9.dtb    \   
        -nographic  \
        -net nic,vlan=0 -net tap,vlan=0,ifname=tap0    \
        #-append "root=/dev/mmcblk0 rw console=ttyAMA0"    \
        -sd rootfs.ext3

至此，rootfs目錄下就是一個簡易的根文件系統，可以將它制作成一個鏡像文件，將鏡像文件燒寫到開發板，或者通過Qemu中的u-boot啟動Linux內核后掛載到鏡像文件上。也可以設置為通過NFS網絡文件系統啟動，參考下一篇文章《Qemu搭建ARM vexpress開發環境(三)----NFS網絡根文件系統》。