【UEFI实战】利用QEMU搭建BIOS与内核开发环境

逃离我推掉我的手 2023-10-05 08:57 74阅读 0赞

## 说明 ##

本文主要创建一个完整的系统，它包括前面介绍的BIOS，以及这里会介绍的GRUB、内核和文件系统等内容。

## 内核下载和编译 ##

由于使用的坏境是Ubuntu18.04，所以内核的下载和编译是比较简单的事情。首先是下载内核，需要使用如下的命令：

sudo apt install linux-source

下载过程如下：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

下载到的代码可以在/usr/src这个目录找到：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]

我们将它下载并放到指定的目录：

tar -xjvf linux-source-4.15.0.tar.bz2 -C /home/jw/code/

其中的-C是用来指定解压缩的目标文件夹的，这样就可以在指定的目录找到linux源代码并使用了。之后进入到/home/jw/code/linux-source-4.15.0目录，开始编译。在编译之前需要先创建.config文件，为了方便起见这里直接使用默认的配置（后续可以根据实际情况修改）：

make defconfig

之后就可以通过make进行编译，不过编译过程中可能会报错，原因是某些依赖的库不存在，安装即可，这里需要安装（不同Ubuntu版本需要安装的库可能不同，请按实际情况安装）：

sudo apt install libelf-dev
    sudo apt install libssl-dev

编译成功之后可以在~/code/linux-source-4.15.0/arch/x86/boot下面找到我们需要的内核文件：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]

到这里编译结束，注意不要使用make install安装内核，因为我们不是要在编译机上安装这个内核，而是需要使用虚拟机（QEMU）来运行内核，即bzImage将被用于QEMU启动系统。

## GRUB ##

可以通过git下载GRUB，这里使用GRUB 2.02版本，命令如下：

git clone https://gitee.com/jiangwei0512/grub-2.02

下载完成之后进入目录，首先运行./configure：

./configure --target=x86_64 --with-platform=efi

这里使用了几个参数，其中\--target参数用来指定对应的平台，这里指定了x86的64位平台，而另一个参数\--with-platform用来指定用于UEFI。但是configure时会出现报错的情况，原因是有一些库还需要安装：

sudo apt install flex bison

之后configure运行成功，可以执行make命令。编译时如果出现没有alcocal-1.15的错误，可以安装automake并运行autoreconf -i -f来解决，不过有更简单的方法就是touch一下所有的文件即可。make成功之后通过如下的命令来生成GRUB二进制：

./grub-mkimage -p . -d ./grub-core/ -O x86_64-efi -o bootx64.efi XXX

简单说明下参数：\-p指定了grub.cfg，独立模块等文件所在的目录；\-d指定了我们刚才编译出来的image和module的位置，因为它们才是我们需要的，而不是系统中已经存在的；\-O指定了二进制的格式，我们需要x86平台下UEFI的格式；\-o用来指定输出的文件名；最后的XXX是GRUB模块，就是grub-core目录下的\*.module文件：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3][]

这里使用的模块指定如下：

./grub-mkimage -p . -d ./grub-core/ -O x86_64-efi -o bootx64.efi boot linux part_msdos part_gpt fat normal serial efi_gop minicmd

最终编译出来的二进制是bootx64.efi（之所以要使用这个名字，是因为它是UEFI里面通用的OS加载器名称），后面会使用到这个文件。除此之外，GRUB还有一个对应的配置文件称为grub.cfg，后面会介绍它的具体内容。GRUB及其配置文件将被用于QEMU启动系统。

## busybox ##

可以在[Index of /downloads][Index of _downloads]下载到busybox的源码，这里下载的是1.29.1版本，解压到指定的目录：

tar -xjvf busybox-1.29.2.tar.bz2 -C /home/jw/code

然后进入该目录进行配置（在源代码目录下执行make menuconfig）：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 4][]

我们之类需要配置的是选择静态编译，位置在Settings项下。需要注意为了使用menuconfig，可能需要安装额外的库（libncurses5-dev）。配置之后就可以使用make进行编译。编译完成之后通过make install命令进行安装：

make install

执行上述命令之后，会在当前目录生成一个新的目录称为\_install，我们需要这些文件生成initramfs，供内核使用，对应的文件如下：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 5][]

创建initramfs的方法，这里使用最简单的，对应的命令如下：

mkdir initramfs
    cd initramfs
    mkdir dev proc sys
    cp ../_install/* ./ -ra
    sudo cp -a /dev/{null,console,tty1,tty2,tty3,tty4} dev/
    touch init
    chmod a+x init

其中init的内容如下：

mount -t proc none /proc
    mount -t sysfs none /sys
    mdev -s
    exec /sbin/init

最后再通过如下的命令打包：

find . -print0 | cpio --null -ov --format=newc | gzip -9 > ../initramfs.cpio.gz

initramfs.cpio.gz就是我们最终得到的文件，它将被用于QEMU启动系统。

## QEMU启动系统 ##

首先是创建一个QEMU使用的硬盘（其实就是个文件而已），并格式化成FAT格式（因为UEFI默认只识别这种类型）：

dd if=/dev/zero of=disk.img bs=1M count=32
    mkfs.fat disk.img

这里创建的disk.img大小是32M，这个不是硬性规定，只要大于内核、initramfs、GRUB等大小的总和即可。之后的操作就是挂载disk.img，并将上述提到的文件放到disk.img中：

sudo mount disk.img tmp
    sudo mkdir tmp/EFI tmp/EFI/BOOT
    sudo cp bootx64.efi grub.cfg tmp/EFI/BOOT
    sudo cp bzImage initramfs.cpio.gz tmp

我们首先需要讲disk.img挂载到一个目录下（这里就是tmp），然后再往里面放文件，需要特别注意的是GRUB及其配置文件，需要放到/EFI/BOOT目录下，最终的文件如下：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 6][]

到这里我们就已经将需要的文件放到了disk.img中，可以把它当做QEMU的硬盘来使用，对应的指令如下：

qemu-system-x86_64 -bios OVMF.fd -hda disk.img -m 512M

这里的QEMU参数如下：-bios指定BIOS名，这里就是OVMF.fd；-hda指定硬盘，这里就是disk.img；-m指定虚拟机使用的内存大小。启动之后的最终状态如下：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 7][]

到这里一个基本的内核就已经启动起来，后面我们可以依赖该系统进行调试。

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200822231620153.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200822231620109.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200822231620208.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: https://img-blog.csdnimg.cn/20200822231620168.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ppYW5nd2VpMDUxMg==,size_16,color_FFFFFF,t_70
[Index of _downloads]: https://busybox.net/downloads/
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