2020年02月15日 | Qemu搭建ARM vexpress开发环境(二)----通过u-boot启动Linux内核

在上文《Qemu搭建ARM vexpress开发环境(一)》中已经简单讲述了通过Qemu模拟直接启动Linux内核，并挂在SD卡根文件系统的方法，这种方法是直接启动内核，与实际应用中ARM板的启动方式：u-boot、kernel、rootfs有些不同。现在就来讲述下通过Qemu搭建通过u-boot启动Linux内核并挂载根文件系统的方法。

1. 开发环境简述

嵌入式系统要正常运行，应该包含：u-boot、kernel、rootfs、appfs。这几部分在ARM开发板Flash上的位置关系应该类似于下图所示：

BootLoader BootParameters Kernel Rootfs Appfs

rootfs可以添加到开发板的Flash，也可以不用添加到开发板，而是部署到PC机上，开发板在运行完kernel，要挂载rootfs时，可以通过NFS网络挂载到设定好的PC机上的rootfs根文件系统上（下一篇文章《Qemu搭建ARM vexpress开发环境(三)----NFS网络根文件系统》会详细讲解NFS网络挂载根文件系统的具体操作方法）。

2. 准备u-boot

用来使用u-boot启动加载Linux内核

2.1 下载u-boot

从http://ftp.denx.de/pub/u-boot网站选择一个u-boot版本源码下载，本文中使用的是u-boot-2017.05版本。

2.2 解压u-boot

解压u-boot:

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

2.3 编译u-boot

直接编译

如果没有修改Makefile和config.mk文件，需要在编译时加上ARCH和CROSS_COMPILE的配置：

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

这种方式编译比较直接，但是在调试时，需要多次编译u-boot，参数太多会带来不便，于是可以通过以下方法，修改Makefile和config.mk文件中的ARCH和CROSS_COMPILE选项，在编译的时候就可以省去了在编译命令中添加编译配置的设置。

修改Makefile

# vim Makefile

CROSS_COMPILE = arm-linux-gnueabi-

修改config.mk

# vim config.mk

ARCH = arm

编译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

在编译u-boot时可能会出现一些问题，只要逐个问题解决就可以编译完成了，如上所示问题，可以通过修改对应文件解决。

# 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 启动u-boot

通过Qemu启动命令启动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启动成功，下一步开始配置u-boot的内核启动参数，来启动Linux内核，并挂在根文件系统。

打印u-boot的环境变量：

=> 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. 准备内核

使用u-boot引导内核镜像：

需要将内核编译为uImage格式

需要指定uImage在内存中的加载地址

编译内核时指定：make LOADADDR=? uImage -j4

在内核目录直接编译：

# make LOADADDR=0x60003000 uImage -j4

或者在Makefile中添加加载地址配置：

# vim linux/arch/arm/boot/Makefile

LOADADDR ?= 0x60003000

再编译生成uImage文件:

# make uImage -j4

4. Qemu网络功能设置

Qemu虚拟机在u-boot启动时，需要将uImage加载到内存，而uImage从哪里来？可以通过TFTP服务器下载uImage到内存指定地址。而在这之前需要通过桥接方式将网络链接到Xubuntu系统。

4.1 配置Qemu与主机的网络连接

采用桥接网络连接Host主机通信

主机内核需要支持tun/tap模块

4.2 配置Xubuntu主机

安装桥接网络依赖的两个工具：

# sudo apt install uml-utilities bridge-utils

创建tun设备文件：/dev/net/tun（一般会自动创建）

修改/etc/network/interfaces文件配置网络

# 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脚本（高版本会自动配置，不需要手动配置）

4.3 重启系统，使配置生效

# reboot

或者：

# init 6

4.4 查看Qemu的网络环境

# 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)

虚拟网口br0即Qemu虚拟机与Linux主机通讯的网口

5. 安装TFTP服务器

创建TFTP服务器，用来给Qemu模拟开发板启动uImage时，下载uImage到内存中。

1) 安装Linux主机Host的TFTP服务器工具：

# sudo apt install tftp-hpa tftpd-hpa xinetd

2) 修改配置文件，设置TFTP服务器目录：

# sudo vim /etc/default/tftpd-hpa

......

TFTP_DIRECTORY="/home/mcy/tftpboot"

......

3) Linux主机上创建tftp目录：

# mkdir /home/mcy/tftpboot

# chmod 777 /home/mcy/tftpboot

4) 重启tftp服务：

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

6. 设置u-boot中的内核启动参数

启动Qemu验证

# 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目录下就是一个简易的根文件系统，可以将它制作成一个镜像文件，将镜像文件烧写到开发板，或者通过Qemu中的u-boot启动Linux内核后挂载到镜像文件上。也可以设置为通过NFS网络文件系统启动，参考下一篇文章《Qemu搭建ARM vexpress开发环境(三)----NFS网络根文件系统》。