利用qemu模拟嵌入式系统制作全过程

骑猪看日落 2022-08-13 19:43 142阅读 0赞

# 利用qemu模拟嵌入式系统制作全过程 #

[![site-icon][]tinylab.org/using-qemu-simulation-inserts-the-type-system-to-produce-the-whole-process/][site-icon_tinylab.org_using-qemu-simulation-inserts-the-type-system-to-produce-the-whole-process]

Wen Pingbo

*  [1 利用qemu模拟嵌入式系统制作全过程][1_qemu]
    
     *  [1.1 零、环境搭建][1.1]
     *  [1.2 一、配置kernel][1.2_kernel]
     *  [1.3 二、通过busybox制作initramfs镜像][1.3_busybox_initramfs]
     *  [1.4 三、配置物理文件系统，切换根文件系统][1.4]
     *  [1.5 四、配置Uboot，加载kernel][1.5_Uboot_kernel]
     *  [1.6 五、结语][1.6]
     *  [1.7 REFERENCE][1.7_REFERENCE]

# 利用qemu模拟嵌入式系统制作全过程    #

by Pingbo Wen of [TinyLab.org][]  
2013/08/31

这篇文章，将介绍如何用qemu来搭建一个基于ARM的嵌入式linux系统。通过该文章，你可以学习到如何配置kernel，如何交叉编译kernel，如何配置busybox并编译，如何制作initramfs，如何制作根文件系统，如何定制自己的uboot，如何通过uboot向kernel传递参数等。开始干活！

## 零、环境搭建 ##

在实现我们的目标之前，我们需要搭建自己的工作环境。在这里，假设你的主机上已经有gcc本地编译环境，并运行Ubuntu 12.10。但是这并不影响在其他的linux平台上进行，只要修改一下对应的命令就可以了。

首先，我们需要下载一个ARM交叉工具链。你可以在网上下载源码自己编译，也可以下载已经编译好的工具链。在工具链中有基本的ARM编译工具，比如：gcc, gdb, addr2line, nm, objcopy, objdump等。可能你会问，这些工具本机不是已经有了么？如果不出意外，我想你的主机应该是x86架构的。不同的架构，有不同的指令集，你不能拿一个x86的执行文件放到一个ARM机器上执行。所以我们需要一个能够在x86架构上生成ARM可执行程序的GCC编译器。有很多预先编译好的ARM工具链，这里使用的是CodeSourcery\[1\]。更多关于toolchain的信息可以在elinux.org找到\[2\]。下载下来后，直接解压，放到某个目录，然后配置一下PATH环境变量，这里是这样配置的：

配置完ARM交叉工具链后，我们需要下载一些源码，并安装一些软件。  
命令如下：

## 一、配置kernel ##

环境搭建完后，我们就正式进入主题了。现在我们需要配置kernel源码，编译，并用qemu运行我们自己编译的kernel。这样我们就能够对我们的kernel进行测试，并做出对应的修改。

进入kernel源码目录，我们需要找最新的kernel稳定版本。在写这篇文章的时候，最新的稳定版本是3.10.10。我们可以通过git切换到3.10.10。由于我们编译的内核需要运行在ARM上，所以我们应该到arch/arm/configs下找到对应我们设备的kernel配置文件。但是我们没有实际意义上的设备，而是用qemu模拟的设备，所以我们应该选择qemu能够模拟的设备的配置文件。这里我们选择常用的versatile\_defconfig。  
对应的命令如下：

配置完了，我们就可以编译了。编译的时候，我们可以用多个线程来加速编译，具体用多少个就要看你主机的配置了。这里我们用12个线程编译，命令如下：

注意，如果交叉编译环境没有配置好，这个地方会提示找不到对应的gcc编译器。这里-j12是指定编译线程为12个，ARCH是指定目标架构为arm，所用的交叉编译器arm-none-linux-gnueabi-。

OK，kernel已经编译好了，那么我们需要用qemu把它跑起来。关于qemu的具体使用，请看qemu的官方文档\[3\]，这里直接给出命令：

这里-M是指定模拟的具体设备型号，versatile系列的pb版本，-kernel指定的是对应的内核，-nographic是把qemu输出直接导向到当前终端。

好，命令成功执行了。但是，好像没有任何有效输出。我们通过C-a x来退出qemu。编译的kernel好像不怎么好使，配置文件肯定有问题。打开.config配置文件，发现传递给kernel的参数没有指定console，难怪没有输出。我们定位到CMDLINE，并加入console参数：

保存.config，重新编译kernel，并用qemu加载。现在终于有输出了。如果不出意外，kernel应该会停在找不到根文件系统，并跳出一个panic。为什么会找不到根文件系统？因为我们压根就没有给它传递过，当然找不到。

那现在是不是应该制作我们自己的根文件系统了。先别急，为了让后面的路好走一点，我们这里还需对内核进行一些配置。首先，我们需要用ARM EABI去编译kernel，这样我们才能让kernel运行我们交叉编译的用户态程序，因为我们所有的程序都是用gnueabi的编译器编译的。具体可以看wikipedia相关页面\[4\]，你也可以简单的理解为嵌入式的ABI。其次，我们需要把对kernel module的支持去掉，这样可以把相关的驱动都编译到一个文件里，方便我们之后的加载。

当然，你可以使能kernel的debug选项，这样就可以调试内核了，并打印很多调试信息。这里就不再说了，如果感兴趣，可以看我之前写的关于kernel调试的文章\[5\]。

总结起来，这一次我们对.config做了如下修改：

## 二、通过busybox制作initramfs镜像 ##

如果你注意到了之前传递给kernel的参数，你会发现有一个root=/dev/ram0的参数。没错，这就是给kernel指定的根文件系统，kernel检查到这个参数的时候，会到指定的地方加载根文件系统，并执行其中的init程序。这样就不会出现刚才那种情况，找不到根文件系统了。

我们的目标就是让kernel挂载我们的ramfs根文件系统，并且在执行init程序的时候，调用busybox中的一个shell，这样我们就有一个可用的shell来和系统进行交互了。

整个ramfs中的核心就是一个busybox可执行文件。busybox就像是一把瑞士军刀，可以把很多linux下的命令(比如：cp, rm, whoami等)全部集成到一个可执行文件\[6\]。这为制作嵌入式根文件系统提供了很大的便利，开发者不用单独编译每一个要支持的命令，还不用考虑库的依赖关系。基本上每一个制作嵌入式系统的开发者的首选就是busybox。

busybox也是采用Kconfig来管理配置选项，所以配置和编译busybox和kernel没有多大区别。busybox很灵活，你可以自由取舍你想要支持的命令，并且还可以添加你自己写的程序。在编译busybox的时候，为了简单省事，我们这里采用静态编译，这样就不用为busybox准备其他libc，ld等依赖库了。

具体命令如下：

编译完后，我们就得到一个busybox静态链接的文件。

接下来，我们需要一个init程序。这个程序将是kernel执行的第一个用户态的程序，我们需要它来产生一个可交互的shell。在桌面级别的linux发行版本，使用的init程序一般是System V init(传统的init)，upstart(ubuntu)，systemd(fedora)等。busybox也带有一个init程序，但是我们想自己写一个。既然自己写，那有两种实现方式，用C和libc实现，或者写一个shell脚本。

为了简单，这里选择后者，具体脚本如下：

我们把这个脚本保存在~/armsource目录下。在这个脚本中，我们通过busybox –install -s来构建基本文件系统，挂载相应的虚拟文件系统，然后就调用busybox自带的shell。

现在我们已经编译好了busybox，并准备好了相应的init脚本。我们需要考虑根文件系统的目录结构了。kenel支持很多种文件系统，比如：ext4, ext3, ext2, cramfs, nfs, jffs2, reiserfs等，还包括一些伪文件系统: sysfs, proc, ramfs等。而在kernel初始化完成后，会尝试挂载一个它所支持的根文件系统。根文件系统的目录结构标准是FHS，由一些kernel开发者制定，感兴趣的可以看wikipedia相关页面\[7\]。

由于我们要制作一个很简单的ramfs，其中只有一个busybox可执行文件，所以我们没必要过多的考虑什么标准。只需一些必须的目录结构就OK。这里，我们使用的目录结构如下：

你可以通过如下命令来创建这个文件系统：

现在我们有了基本的initramfs，万事具备了，就差点东风了。这个东风就是怎样制作intramfs镜像，并让kernel加载它。

在kernel文档中，对initramfs和initrd有详细的说明\[8\]\[9\]。initramfs其实就是一个用gzip压缩的cpio文件。我们可以把initramfs直接集成到kernel里，也可以单独加载initramfs。在kernel源码的scripts目录下，有一个gen\_initramfs\_list.sh脚本，专门是用来生成initramfs镜像和initramfs list文件。你可以通过如下方式自动生成initramfs镜像：

然后修改kernel的.config配置文件来包含这个文件：

重新编译后，kernel就自动集成了你制作的ramfs.gz，并会在初始化完成后，加载这个根文件系统，并产生一个shell。

你也可以用gen\_initramfs\_list.sh脚本生成一个列表文件，然后CONFIG\_INITRAMFS\_SOURCE中指定这个列表文件。也可以把你做的根文件系统自动集成到kernel里面。命令如下：

对应的内核配置：CONFIG\_INITRAMFS\_SOURCE=”initramfs\_list”

但是这里并不打算这么做，我们自己手动制作initramfs镜像，然后外部加载。命令如下：

选项-H是用来指定生成的格式。

手动生成ramfs.gz后，我们就可以通过qemu来加载了，命令如下：

现在我们的系统起来了，并且正确执行了我们自己写的脚本，进入了shell。我们可以在里面执行基本常用的命令。是不是有点小兴奋。

## 三、配置物理文件系统，切换根文件系统 ##

不是已经配置了根文件系统，并加载了，为什么还需要切换呢？可能你还沉浸在刚才的小兴奋里，但是，很不幸的告诉你。现在制作的小linux系统还不是一个完全的系统，因为没有完成基本的初始化，尽管看上去好像已经完成了。

在linux中initramfs和initrd只是一个用于系统初始化的小型文件系统，通常用来加载一些第三方的驱动。为什么要通过这种方式来加载驱动呢？因为由于版权协议的关系，如果要把驱动放到kernenl里，意味着你必须要开放源代码。但是有些时候，一些商业公司不想开源自己的驱动，那它就可以把驱动放到initramfs或者initrd。这样既不违背kernel版权协议，又达到不开源的目的。也就是说在正常的linux发行版本中，kernel初始化完成后，会先挂载initramfs/initrd，来加载其他驱动，并做一些初始化设置。然后才会挂载真真的根文件系统，通过一个switch\_root来切换根文件系统，执行第二个init程序，加载各种用户程序。在这中间，linux kernel跳了两下。

既然他们跳了两下，那我们也跳两下。第一下已经跳了，现在的目标是制作物理文件系统，并修改initramfs中的init脚本，来挂载我们物理文件系统，并切换root文件系统，执行对应的init。

为了省事，我们直接把原先的initramfs文件系统复制一份，当作物理根文件系统。由于是模拟，所以我们直接利用dd来生成一个磁盘镜像。具体命令如下：

这样hda.img就是我们制作的物理根文件系统，ext2格式。现在我们需要修改原先在initramfs中的init脚本，让其通过busybox的switch\_root功能切换根文件系统。这里需要注意的是，在切换根文件系统时，不能直接调用busybox的switch\_root，而是需要通过exec来调用。这样才能让最终的init进程pid为1。

修改后的init脚本如下：

<table style="font-size:1em; margin:1em 0px; border-collapse:collapse; border:none; table-layout:auto; width:auto!important"> 
 <tbody> 
  <tr style="page-break-inside:avoid; border-bottom-width:1px; border-bottom-style:solid; border-bottom-color:rgb(221,221,221)"> 
   <td style="padding:0.5em; width:auto!important; vertical-align:top"> 
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      <span>3</span> 
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      <span>4</span> 
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      <span>5</span> 
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      <span>6</span> 
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      <span>8</span> 
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     </div> 
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      <span>80</span> 
     </div> 
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      <span>81</span> 
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      <span>82</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>83</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>84</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>85</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>86</span> 
     </div> 
    </div> </td> 
   <td style="padding:0.5em; width:auto!important; vertical-align:top"> 
    <div> 
     <div> 
      <span>#!/bin/sh</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>echo</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"###########################################################"</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"## THis is a init script for sd ext2 filesystem&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;##"</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"## Author: wengpingbo@gmail.com&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;##"</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"## Date: 2013/08/17 16:27:34 CST&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; ##"</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"###########################################################"</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>echo</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>PATH</span> 
      <span>=</span> 
      <span>"/bin:/sbin:/usr/bin:/usr/sbin"</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>if</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>[</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>!</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>-</span> 
      <span>f</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"/bin/busybox"</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>]</span> 
      <span>;</span> 
      <span>then</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;&nbsp;</span> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"cat not find busybox in /bin dir, exit"</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;&nbsp;</span> 
      <span>exit</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>1</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>fi</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>BUSYBOX</span> 
      <span>=</span> 
      <span>"/bin/busybox"</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"build root filesystem..."</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>$</span> 
      <span>BUSYBOX</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>--</span> 
      <span>install</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>-</span> 
      <span>s</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>if</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>[</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>!</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>-</span> 
      <span>d</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>proc</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>]</span> 
      <span>;</span> 
      <span>then</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;&nbsp;</span> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"/proc dir not exist, create it..."</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;&nbsp;</span> 
      <span>$</span> 
      <span>BUSYBOX&nbsp;</span> 
      <span>mkdir</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>proc</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>fi</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"mount proc fs..."</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>$</span> 
      <span>BUSYBOX&nbsp;</span> 
      <span>mount</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>-</span> 
      <span>t</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>proc&nbsp;</span> 
      <span>proc</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>proc</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>if</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>[</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>!</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>-</span> 
      <span>d</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>dev</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>]</span> 
      <span>;</span> 
      <span>then</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;&nbsp;</span> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"/dev dir not exist, create it..."</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;&nbsp;</span> 
      <span>$</span> 
      <span>BUSYBOX&nbsp;</span> 
      <span>mkdir</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>dev</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>fi</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span># echo "mount tmpfs in /dev..."</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span># $BUSYBOX mount -t tmpfs dev /dev</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>$</span> 
      <span>BUSYBOX&nbsp;</span> 
      <span>mkdir</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>-</span> 
      <span>p</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>dev</span> 
      <span>/</span> 
      <span>pts</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"mount devpts..."</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>$</span> 
      <span>BUSYBOX&nbsp;</span> 
      <span>mount</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>-</span> 
      <span>t</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>devpts&nbsp;</span> 
      <span>devpts</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>dev</span> 
      <span>/</span> 
      <span>pts</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>if</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>[</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>!</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>-</span> 
      <span>d</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>sys</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>]</span> 
      <span>;</span> 
      <span>then</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;&nbsp;</span> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"/sys dir not exist, create it..."</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;&nbsp;</span> 
      <span>$</span> 
      <span>BUSYBOX&nbsp;</span> 
      <span>mkdir</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>sys</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>fi</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"mount sys fs..."</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>$</span> 
      <span>BUSYBOX&nbsp;</span> 
      <span>mount</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>-</span> 
      <span>t</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>sysfs&nbsp;</span> 
      <span>sys</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>sys</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"/sbin/mdev"</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>&gt;</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>proc</span> 
      <span>/</span> 
      <span>sys</span> 
      <span>/</span> 
      <span>kernel</span> 
      <span>/</span> 
      <span>hotplug</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"populate the dev dir..."</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>$</span> 
      <span>BUSYBOX&nbsp;</span> 
      <span>mdev</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>-</span> 
      <span>s</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"dev filesystem is ok now, log all in kernel kmsg"</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>&gt;&gt;</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>dev</span> 
      <span>/</span> 
      <span>kmsg</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"you can add some third part driver in this phase..."</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>&gt;&gt;</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>dev</span> 
      <span>/</span> 
      <span>kmsg</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"begin switch root directory to sd card"</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>&gt;&gt;</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>dev</span> 
      <span>/</span> 
      <span>kmsg</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>$</span> 
      <span>BUSYBOX&nbsp;</span> 
      <span>mkdir</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>newroot</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>if</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>[</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>!</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>-</span> 
      <span>b</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"/dev/mmcblk0"</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>]</span> 
      <span>;</span> 
      <span>then</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;&nbsp;</span> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"can not find /dev/mmcblk0, please make sure the sd \</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;card is attached correctly!"</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>&gt;&gt;</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>dev</span> 
      <span>/</span> 
      <span>kmsg</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;&nbsp;</span> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"drop to shell"</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>&gt;&gt;</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>dev</span> 
      <span>/</span> 
      <span>kmsg</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;&nbsp;</span> 
      <span>$</span> 
      <span>BUSYBOX&nbsp;</span> 
      <span>sh</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>else</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;&nbsp;</span> 
      <span>$</span> 
      <span>BUSYBOX&nbsp;</span> 
      <span>mount</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>dev</span> 
      <span>/</span> 
      <span>mmcblk0</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>newroot</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;&nbsp;</span> 
      <span>if</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>[</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>$</span> 
      <span>?</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>-</span> 
      <span>eq</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>0</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>]</span> 
      <span>;</span> 
      <span>then</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</span> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"mount root file system successfully..."</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>&gt;&gt;</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>dev</span> 
      <span>/</span> 
      <span>kmsg</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;&nbsp;</span> 
      <span>else</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</span> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"failed to mount root file system, drop to shell"</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>&gt;&gt;</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>dev</span> 
      <span>/</span> 
      <span>kmsg</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</span> 
      <span>$</span> 
      <span>BUSYBOX&nbsp;</span> 
      <span>sh</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;&nbsp;</span> 
      <span>fi</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>fi</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span># the root file system is mounted, clean the world for new root file system</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>""</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>&gt;</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>proc</span> 
      <span>/</span> 
      <span>sys</span> 
      <span>/</span> 
      <span>kernel</span> 
      <span>/</span> 
      <span>hotplug</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>$</span> 
      <span>BUSYBOX&nbsp;</span> 
      <span>umount</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>-</span> 
      <span>f</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>proc</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>$</span> 
      <span>BUSYBOX&nbsp;</span> 
      <span>umount</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>-</span> 
      <span>f</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>sys</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>$</span> 
      <span>BUSYBOX&nbsp;</span> 
      <span>umount</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>-</span> 
      <span>f</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>dev</span> 
      <span>/</span> 
      <span>pts</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span># $BUSYBOX umount -f /dev</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"enter new root..."</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>&gt;&gt;</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>dev</span> 
      <span>/</span> 
      <span>kmsg</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>exec</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>$</span> 
      <span>BUSYBOX&nbsp;</span> 
      <span>switch_root</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>-</span> 
      <span>c</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>dev</span> 
      <span>/</span> 
      <span>console</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>newroot</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>init</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>if</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>[</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>$</span> 
      <span>?</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>-</span> 
      <span>ne</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>0</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>]</span> 
      <span>;</span> 
      <span>then</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;&nbsp;</span> 
      <span>echo</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>"enter new root file system failed, drop to shell"</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>&gt;&gt;</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>dev</span> 
      <span>/</span> 
      <span>kmsg</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;&nbsp;</span> 
      <span>$</span> 
      <span>BUSYBOX&nbsp;</span> 
      <span>mount</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>-</span> 
      <span>t</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>proc&nbsp;</span> 
      <span>proc</span> 
      <span>&nbsp;</span> 
      <span>/</span> 
      <span>proc</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>&nbsp;&nbsp;</span> 
      <span>$</span> 
      <span>BUSYBOX&nbsp;</span> 
      <span>sh</span> 
     </div> 
     <div> 
      <span>fi</span> 
     </div> 
    </div> </td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

现在我们可以通过qemu来挂载hda.img，为了简单，我们这里把这个设备虚拟为sd卡，这也是为什么上面的init脚本挂载物理根文件系统时，是找/dev/mmcblk0了。具体命令如下：

如果不出意外，你可以看到这个自己做的linux系统，通过调用两个init脚本，跳到最终的hda.img上的文件系统。

## 四、配置Uboot，加载kernel ##

可能到这里，你觉得，终于把整个流程走了一遍了。但是，还差一环。之前我们都是通过qemu来直接加载我们的kernel，initramfs和物理镜像，但是在真真的嵌入式设备，这些加载过程都需要你好好考虑。那么在这一节，我们借助uboot来模拟加载过程。

我们的目标是让uboot来加载kernel，initramfs，并识别qemu虚拟的sd卡设备。这里我们通过tftp来向uboot传递kernel和initramfs镜像。既然要依靠uboot来加载系统镜像，那么需要按照uboot的镜像格式制作加载的镜像。而mkimage工具，就是干这活的。在制作uboot镜像时，我们需要指定镜像类型，加载地址，执行地址等，制作uboot版的initramfs命令如下：

其中-a 和 -e分别是指定加载定制和执行地址

而kernel的uboot版就不需要这么手动生成了，在编译kernel的时候，可以通过make uImage来制作uboot格式镜像，默认的加载地址是0×00008000，你也可以通过LOADADDR指定你自己的加载地址，这里用默认的。

镜像准备好之后，需要把这两个镜像拷贝到一个指定的目录，这样在用tftp传输的时候，能够找到对应的镜像。这里假设拷贝到~/armsource/tftp目录下。

下一步，我们需要交叉编译uboot。在编译之前，我们需要对uboot进行一些配置。由于我们使用的是versatilepb，它对应的配置文件在include/configs/versatile.h中，这里对这个文件的修改如下：

其中ARCH\_VERSATILE\_QEMU是为了让uboot为了适应qemu做一些配置上的调整。  
INITRD\_TAG是让uboot通过tag\_list给kernel传递initramfs的地址，如果没有这个配置选项，kernel是找不到uboot传给他的initramfs。  
SYS\_PROMPT是指定uboot的命令提示符，你可以指定你自己的名字。  
BOOTCOMMAND是指定uboot起来后，自动执行的命令，这里是让uboot自动设置自己的ip和tftp服务器的ip，然后设定传递给kernel的参数，最后三个命令是把kernel镜像和initramfs镜像装载进来，并从内存指定地址开始执行指令。其实这些命令，也可以在uboot起来后，自己输入。

注意：在设置uboot的ip的时候，一定要和qemu给定的ip对应。由于这里使用的qemu内部自带的tftp服务，所以这里的ip和qemu内部tftp服务器的ip在同一个网段。

uboot配置完之后，可以通过如下命令来编译uboot:

如果没什么错误，就会生成一个u-boot镜像，然后我们就可以通过qemu来加载它：

命令执行后，你就可以和之前一样的内核加载，最后经过两次跳转，到我们的sd卡上的文件系统。

## 五、结语 ##

到这里，我们最终完成了qemu — > uboot –> kernel –> initramfs –> hda.img这一过程\[10\]。而这也是制作嵌入式系统，甚至一个桌面发行版本的基本流程。如果看完这篇文章后，还对嵌入式系统念念不忘，还是建议你买一块开发板，然后真真走一遍这个过程，毕竟这是用qemu模拟的。现在有很多open source hardware project(Arduino, Beagle Board, Cubieboard，Odroid，PandaBoard，Raspberry Pi)，你可以购买他们的板子，然后移植任何自己喜欢的东西。由于是open source，你可以获取到很多资料，并且有社区支持。

## REFERENCE ##

1.  Download CodeSourcery: https://sourcery.mentor.com/GNUToolchain/release2449
2.  toolchain: http://elinux.org/Toolchains
3.  Qemu User Document: http://qemu.weilnetz.de/qemu-doc.html
4.  EABI: http://en.wikipedia.org/wiki/Application\_binary\_interface
5.  kernel debug
6.  Busybox: http://www.ibm.com/developerworks/library/l-busybox/
7.  FHS: http://en.wikipedia.org/wiki/Filesystem\_Hierarchy\_Standard
8.  initrd: http://www.ibm.com/developerworks/library/l-initrd/index.html
9.  Initrd/Initramfs: http://wiki.sourcemage.org/HowTo(2f)Initramfs.html
10. http://elinux.org/Virtual\_Development\_Board

**Read More:**

*  [为什么计算机的学生要学习Linux开源技术][Linux]
 *  [Optimizing Embedded Systems using Busybox][]
 *  [Install ARM toolchain from Android NDK][]
 *  [Break through the Linux kernel image size limitation of the Uboot][]
 *  [CS630:Linux下通过Qemu学习X86 AT&T汇编语言][CS630_Linux_Qemu_X86 AT_T]

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#### Author: Wen Pingbo ####

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[1.2_kernel]: http://www.tinylab.org/using-qemu-simulation-inserts-the-type-system-to-produce-the-whole-process/#kernel
[1.3_busybox_initramfs]: http://www.tinylab.org/using-qemu-simulation-inserts-the-type-system-to-produce-the-whole-process/#busyboxinitramfs
[1.4]: http://www.tinylab.org/using-qemu-simulation-inserts-the-type-system-to-produce-the-whole-process/#i-2
[1.5_Uboot_kernel]: http://www.tinylab.org/using-qemu-simulation-inserts-the-type-system-to-produce-the-whole-process/#Ubootkernel
[1.6]: http://www.tinylab.org/using-qemu-simulation-inserts-the-type-system-to-produce-the-whole-process/#i-3
[1.7_REFERENCE]: http://www.tinylab.org/using-qemu-simulation-inserts-the-type-system-to-produce-the-whole-process/#REFERENCE
[TinyLab.org]: http://tinylab.org/
[Linux]: http://www.tinylab.org/why-computer-students-learn-linux-open-source-technologies/
[Optimizing Embedded Systems using Busybox]: http://www.tinylab.org/optimizing-embedded-systems-using-busybox/
[Install ARM toolchain from Android NDK]: http://www.tinylab.org/install-arm-toolchain-from-android-ndk/
[Break through the Linux kernel image size limitation of the Uboot]: http://www.tinylab.org/break-through-the-linux-kernel-image-size-limitation-of-the-uboot/
[CS630_Linux_Qemu_X86 AT_T]: http://www.tinylab.org/learn-x86-language-courses-on-the-ubuntu-qemu-cs630/
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