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搭建qemu RISC-V运行Linux环境1.本文概述2.工具介绍2.1 riscv-gnu-toolchain2.2 spike2.3 RISC-V Porxy Kernel2.4 编译工具3.编译Linux Kernel4.编译busybox5.制作根文件系统6.编译安装qemu7.启动基本Linux程序8.运行发行版本OS(fedora&ubuntu)8.1 下载安装fedora镜像8.2 下载安装ubuntu镜像9.总结1.本文概述 目前虽然RISC-V的硬件开发板能够运行Linux的十分难得，从探索RISCV的生态的角度上来看，使用模拟器也是一种非常好的方式。使用QEMU能够很好的模拟RISCV的硬件资源，后期有实际的开发板后将其软件生态移植上去也并不复杂。 本文将演示QEMU上建立RISCV的环境，以及如何交叉编译Linux，通过文章的描述，可以掌握RISC-V上的Linux的编译开发流程，文章也展示了在riscv64架构上运行fedora和ubuntu两个Linux发行版本的过程。 2.工具介绍在进行环境搭建之前，首先先来介绍一些目前开源的比较热门的RISCV工具项目。 2.1 riscv-gnu-toolchainRISCV的GNU工具链，是编译RISC-V程序的交叉编译工具链。 https://github.com/riscv/riscv-gnu-toolchain主要有两个版本： riscv64-unknown-elf-gcc是使用newlib，主要用于静态编译的独立的程序或者单机嵌入式程序，RTOS等等。riscv64-unknown-linux-gnu-gcc使用的glibc，可以编译动态链接程序，例如大型操作系统如Linux等等。如果编译选项加上-nostartfiles -nostdlib -nostdinc，两个编译版本一致 2.2 spikespike是一个开源的RISC-V的指令模拟器，实现了一个和多个RISC-V harts的功能，提供了丰富的系统仿真，其名称来自于Golden Spike，是第一条横贯美国大陆的铁路。 https://github.com/riscv/riscv-isa-sim在RISC-V架构指令集扩展层面有着非常好的实现。 2.3 RISC-V Porxy KernelRISC-V Proxy Kernel and Boot Loader，简称RISCV-PK，是一个轻量级的应用程序的可执行环境，可以加载静态的RISCV ELF的可执行文件。主要两个功能，代理和引导启动，可以作为引导启动RISC-V的Linux的环境。 https://github.com/riscv/riscv-pk 2.4 编译工具如果要一次性部署这些工具，可以通过下面的仓库进行操作 https://github.com/riscv/riscv-tools在此之前，首先安装必要的程序，本次使用的环境为Ubuntu20.04。 sudo apt install autoconf automake autotools-dev curl libmpc-dev libmpfr-dev libgmp-dev libusb-1.0-0-dev gawk build-essential bison flex texinfo gperf libtool patchutils bc zlib1g-dev device-tree-compiler pkg-config libexpat-dev libncurses5-dev libncursesw5-dev当安装好必要的程序后，可以clone仓库。 git clone https://github.com/riscv/riscv-tools.git git submodule update --init --recursive export RISCV=~/riscv ./build.sh可能会遇到如下的错误：  要解决这个问题，首先需要安装下载riscv64的交叉编译工具链。 git clone https://github.com/riscv/riscv-gnu-toolchain ./configure --prefix=$RISCV其中配置项目--enable-multilib表示编译32bit和64bit的gcc，支持，这里不选择，只编译32bit的交叉编译工具链。 经过测试最高版本的gcc交叉编译工具链，编译riscv-tools会出现异常，所以替换成低一点的版本。 riscv-gnu-toolchain/riscv-gcc git checkout riscv-gcc-8.2.0紧接着开始编译 make -j $(nproc)表示编译baremate版本的嵌入式交叉编译环境。 make -j $(nproc) linux编译Linux版本的交叉编译环境。 编译完成后，可以看到编译好的程序。 ls ~/riscv/bin然后，返回去编译riscv-tools。 最后导出环境变量 export PATH=/home/bigmagic/riscv/bin:$PATH 3.编译Linux Kernel在编译Linux Kernel之前，需要安装相关的工具。 sudo apt install libncurses5-dev libncursesw5-dev下载编译Linux Kernel git clone https://github.com/torvalds/linux.git cd linux git checkout v5.10 make ARCH=riscv CROSS_COMPILE=riscv64-unknown-linux-gnu- defconfig make ARCH=riscv CROSS_COMPILE=riscv64-unknown-linux-gnu- -j $(nproc)编译完成后，最后生成的Kernel文件在linux/arch/riscv/boot/Image。 4.编译busybox可以用busybox制作生成根文件系统，同时也提供了Linux下运行的一些基本程序与控制台。 git clone https://git.busybox.net/busybox cd busybox git checkout 1_32_1 CROSS_COMPILE=riscv64-unknown-linux-gnu- make defconfig CROSS_COMPILE=riscv64-unknown-linux-gnu- make menuconfig需要选择静态link。  选择静态link  然后开始编译 CROSS_COMPILE=riscv64-unknown-linux-gnu- make -j $(nproc) 5.制作根文件系统下面来制作一个空的磁盘，格式为ext2的文件系统。 dd if=/dev/zero of=root.bin bs=1M count=64 mkfs.ext2 -F root.bin这样就制作了一个空的，名称为root.bin文件格式为ext2的文件系统。 接着只需要将busybox的程序加载进去即可。 mkdir mnt sudo mount -o loop root.bin mnt cd mnt sudo mkdir -p bin etc dev lib proc sbin tmp usr usr/bin usr/lib usr/sbin sudo cp ~/busybox/busybox bin sudo ln -s ../bin/busybox sbin/init sudo ln -s ../bin/busybox bin/sh cd .. sudo umount mnt制作好的根文件系统目录结构如下：  如果要创建更加功能完善的Linux的根文件系统，这里可以采用buildroot或者Yocto来进行创建。 6.编译安装qemu可以直接安装 sudo apt install qemu-system-misc或者自己编译 编译之前需要安装如下的库： sudo apt-get install -y git build-essential pkg-config zlib1g-dev libglib2.0-0 libglib2.0-dev libsdl1.2-dev libpixman-1-dev libfdt-dev autoconf automake libtool librbd-dev libaio-dev flex bison make因为要运行qemu git clone [email protected]:qemu/qemu.git cd qemu git checkout v6.0.0 mkdir build cd build ../configure --prefix=/home/bigmagic/riscv/qemu --target-list=riscv32- softmmu,riscv64-softmmu --enable-debug-tcg --enable-debug --enable-debug-info && make -j8 && make install其中--prefix=后面的路径是需要填写自己的路径。 最后添加环境变量到自己的路径。 export PATH=/home/bigmagic/riscv/qemu/bin/:$PATH 7.启动基本Linux程序事先准备好编译完成的root.bin程序以及Linux的Image qemu-system-riscv64 -nographic -machine virt -kernel linux/arch/riscv/boot/Image -append "root=/dev/vda rw console=ttyS0" -drive file=rootfs/root.bin,format=raw,id=hd0 -device virtio-blk-device,drive=hd0此时可以看到Linux正常的启动。  第一阶段是OpenSBI，后面一个阶段才是  Linux启动后，无法正常输入命令，需要输入 /bin/busybox --install -s 可以看到RISCV64 的 Linux正常的运行起来了。 8.运行发行版本OS(fedora&ubuntu)根据之前的描述，如果在buildroot中选择了qemu_riscv64_virt_defconfig，那么最后生成的可执行脚本如下 qemu-system-riscv64 -nographic -machine virt -kernel output/images/Image \ -append "root=/dev/vda rw console=ttyS0" \ -drive file=output/images/rootfs.ext2,format=raw,id=hd0\ -device virtio-blk-device,drive=hd0上述的脚本可以作为基本的参考。如果要运行fedora，那么可以按照下面的流程进行。 首先安装virt-builder，可以快速构建虚拟机环境。 sudo apt install libguestfs-tools接下来可以添加fedora的仓库。 mkdir -p ~/.config/virt-builder/repos.d/ cat |
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