如何使用 QEMU 模拟 Raspberry Pi Raspbian？

Question

我正在尝试使用 QEMU 在 Raspian OS 中模拟 Raspberry Pi。我尝试了互联网上描述的几种方法，但没有任何成功。

我发现我需要修补适合所需操作系统的 Linux 内核。就我而言，我选择了带有 Kernel 4.4 的 Rasbian Lite：

wget https://downloads.raspberrypi.org/raspbian_lite/images/raspbian_lite-2016-05-31/2016-05-27-raspbian-jessie-lite.zip
unzip 2016-05-27-raspbian-jessie-lite.zip
rm 2016-05-27-raspbian-jessie-lite.zip

接下来我从https://www.kernel.org/加载一个内核：

wget https://www.kernel.org/pub/linux/kernel/v4.x/linux-4.4.16.tar.gz
tar -xzf linux-4.4.16.tar.gz
rm linux-4.4.16.tar.gz

现在交叉编译内核：

export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi-
cd linux-4.4.16
make vexpress_defconfig
make all
cd ..

现在我可以将启动映像（即在 RAM 中自动提取的压缩内核映像）复制到我的工作区：

cp linux-4.4.16/arch/arm/boot/zImage zImage

并运行 QEMU

qemu-system-arm -kernel zImage -M vexpress-a9 -m 1024 -cpu cortex-a9 -no-reboot -serial stdio -hda 016-05-27-raspbian-jessie-lite.img -append "root=/dev/sda2 rootfstype=ext4"

但我看到的只是一个黑色填充的 QEMU 窗口。 :(

我认为问题在于获得正确的内核。从 Internet 复制一些内核从未成功，因为它们不适合操作系统。

如何构建/修补适合操作系统的内核（无需下载现有内核）以及如何正确运行 QEMU？

提前致谢
亚历克斯

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第二种方法

我从这里https://www.dropbox.com/s/g8u93xblz1v1ly0/kernel-qemu?dl=0 加载一个kernel-qemu 并用它运行QEMU：

qemu-system-arm -kernel kernel-qemu -cpu arm1176 -m 256 -M versatilepb -no-reboot -serial stdio -append "root=/dev/sda2" -hda 2016-05-27-raspbian-jessie-lite.img

这给我带来了以下输出： 这对我来说很有意义，因为内核是 3.10.25 并且比内核 4.4.16 的 Raspbian Jessie 更早。

使用来自https://github.com/dhruvvyas90/qemu-rpi-kernel/blob/master/kernel-qemu-4.4.12-jessie的qemu-kernel

qemu-system-arm -kernel kernel-qemu-4.4.12-jessie -cpu arm1176 -m 256 -M versatilepb -serial stdio -append "root=/dev/sda2 rootfstype=ext4 rw" -hda 2016-05-27-raspbian-jessie-lite.img

我得到了类似的结果：

使用新 kernel-qemu 4.4.16 的新尝试：

1. 从 https://github.com/dhruvvyas90/qemu-rpi-kernel/tree/master/tools 复制 build-kernel-qemu 并添加以下行以检查 Kernel 4.4.16 的版本：

   git checkout b05965f284db3e086022f4e318e46cb5bffb1376
   

2. 运行build-kernel-qemu 构建内核

   sh build-kernel-qemu
   

3. 运行QEMU

   qemu-system-arm -kernel kernel-qemu -m 256 -M versatilepb -serial stdio -append "root=/dev/sda2 rootfstype=ext4 rw" -hda 2016-05-27-raspbian-jessie-lite.img
   

   结果：

Answer 1

您应该在开始之前展开 Raspbian Image 文件

使用 kpartx 挂载 Raspbian Image 文件（可能需要安装 kpartx）

$ sudo kpartx -av your-image.img
add map loop0p1 (252:5): 0 117187 linear /dev/loop0 1
add map loop0p2 (252:6): 0 3493888 linear /dev/loop0 118784

$ sudo mount /dev/mapper/loop0p2 /mnt/img1
$ cd /mnt/img1

修改/etc/fstab并注释掉MMCBLK挂载

$ sudo nano etc/fstab

proc            /proc           proc    defaults          0       0
#/dev/mmcblk0p1  /boot           vfat    defaults          0       2
#/dev/mmcblk0p2  /               ext4    defaults,noatime  0       1
# a swapfile is not a swap partition, no line here
#   use  dphys-swapfile swap[on|off]  for that

修改/etc/ld.so.preload并注释掉行...

$ sudo nano etc/ld.so.preload

#/usr/lib/arm-linux-gnueabihf/libarmmem.so

卸载并从 kpartx 销毁循环

$ sudo umount /mnt/img1
$ sudo kpartx -d your-image.img

在此处获取与 Raspbian 映像匹配的 Qemu 内核...

https://github.com/dhruvvyas90/qemu-rpi-kernel

我使用这个命令成功模拟了 Raspbian Jessie

qemu-system-arm -kernel kernel-qemu-4.4.12-jessie -cpu arm1176 -m 256 -M versatilepb \
-no-reboot -serial stdio -append "root=/dev/sda2 panic=1 rootfstype=ext4 rw" \
-redir tcp:5022::22 \
-hda 2016-05-27-raspbian-jessie-lite.img

Answer 2

您需要修改内核才能在 QEMU 中运行，因为 raspberry PI 板硬件在 QEMU 中不可用。这就是您的第一种方法失败的原因。

您的第二种方法使用经过适当修补的内核以在多功能板上运行（由 QEMU 支持），这很好，但是内核 3.x 对于现代 Raspbian 来说太旧了。原则上，您的最后一种方法应该有效。

我推荐this 更新指南（2017 年 2 月），我使用 4.4 内核对其进行了测试，它可以立即运行。

qemu-system-arm -kernel $KERNEL -cpu arm1176 -m 256 -M versatilepb -net nic,macaddr=$MAC -net tap -no-reboot -append "root=/dev/sda2 panic=1" -drive format=raw,file=$IMG

我必须使用 format=raw,file=$IMG 选项来避免 QEMU 警告。

/etc/fstab不用注释掉，可以添加到/etc/udev/rules.d/90-qemu.rules

KERNEL=="sda", SYMLINK+="mmcblk0"
KERNEL=="sda?", SYMLINK+="mmcblk0p%n"
KERNEL=="sda2", SYMLINK+="root"

另外，ld.so.preload 东西很旧，不再适用

上述指南中提供的脚本会为您完成所有这些工作，还可以通过与 raspbian 共享网络接口来提供对 raspbian 的网络访问。

Answer 3

Ubuntu 16.04 主机，QEMU 2.9.0 -M raspi2，Raspbian 2016-05-27，香草内核

优点：

• 加上-M raspi2，我们可以使用vanilla内核，所以系统更具代表性

限制：

• -M raspi2 是在 QEMU 2.6.0 中添加的，而 Ubuntu 16.04 只有 QEMU 2.5.0，所以我们必须从源代码编译 QEMU。但这并不难。
• GUI 显示但没有响应鼠标/键盘，在 SDL 和 VNC 上测试。但是 CLI 可以完美运行。所以你还不如使用现在已经转到 GUI 的 Lite 映像。
• 没有网络

步骤：

1. 从源代码编译 QEMU 2.9.0：

   sudo apt-get build-dep qemu-system-arm
   git clone --recursive git://git.qemu-project.org/qemu.git
   cd qemu
   git checkout v2.9.0
   ./configure
   make `nproc`
   

2. 下载图像并从中提取内核和dts：

   1. 下载图片并解压：

      wget http://downloads.raspberrypi.org/raspbian/images/raspbian-2016-05-31/2016-05-27-raspbian-jessie.zip
      unzip 2016-05-27-raspbian-jessie.zip
      

   2. 挂载分区的第二个镜像。最简单的方法是：

      sudo losetup -f --show -P 2016-05-27-raspbian-jessie.img
      

      这仅适用于 Ubuntu 16.04 上的最新 losetup，其他方法位于：https://askubuntu.com/questions/69363/mount-single-partition-from-image-of-entire-disk-device/496576#496576

      这会打印一个循环设备，例如：

      /dev/loop0
      

      所以我们这样做：

      sudo mkdir /mnt/rpi
      sudo mount /dev/loop0p1 /mnt/rpi
      cp /mnt/rpi/kernel7.img bcm2709-rpi-2-b.dtb .
      sudo umount /mnt/rpi
      sudo losetup -d /dev/loop0
      

3. 运行：

   ./arm-softmmu/qemu-system-arm \
       -M raspi2 \
       -append "rw earlyprintk loglevel=8 console=ttyAMA0,115200 dwc_otg.lpm_enable=0 root=/dev/mmcblk0p2" \
       -cpu arm1176 \
       -dtb bcm2709-rpi-2-b.dtb \
       -sd 2016-05-27-raspbian-jessie.img \
       -kernel kernel7.img \
       -m 1G \
       -smp 4 \
       -serial stdio \
   ;
   

然后您可以在主机终端上显示的终端上登录。

[失败] Ubuntu 17.04，QEMU 2.8.0 -M raspi2，Raspbian 2016-05-27，香草内核

在这个较新的 Ubuntu 上，QEMU 2.8.0 是默认的，所以我们不需要为 -M raspi2 从源代码编译 QEMU。但是，2.8.0 在出现以下消息后会在启动时挂起：

Console: switching to colour frame buffer device 100x30

这表明-M raspi2 仍然不稳定。

[失败] Ubuntu 16.04，QEMU 2.9.0 -M raspi2，Raspbian 2017-08-16，香草内核

在这个较新的映像上，使用 2016 年 5 月 27 日的相同方法，内核在启动时出现恐慌：

Please append a correct "root=" boot option; here are the available partitions:
...
[    4.138114] ---[ end Kernel panic - not syncing: VFS: Unable to mount root fs on unknown-block(0,0)

bztsrc/raspi3-tutorialQEMU 上的 RPI3 裸机

https://github.com/bztsrc/raspi3-tutorial 是一组很好的示例，仅适用于 QEMU，超快速入门：https://raspberrypi.stackexchange.com/questions/34733/how-to-do-qemu-emulation-for-bare-metal-raspberry-pi-images/85135#85135

Answer 4

我在使用自定义 ubuntu 映像时遇到了类似的问题。 我还应用了@Michael Connors 回答中描述的修改，然后我看到系统正在启动。

您可以在-append="" 中添加以下内容以查看您的情况：

qemu-system-arm ... -serial stdio -append="... console=ttyAMA0,115200 loglevel=8"