使用qemu运行risc-v ubuntu

2024-05-03 20:26 由 orangeQWJ 发表于 #操作系统

参考

Ubuntu installation on a RISC-V virtual machine using a server install image and QEMU

用到的文件

fw_jump.bin

u-boot.bin

ubuntu-22.04.3-preinstalled-server-riscv64+unmatched.img

1 镜像准备

ubuntu.com

1.1 镜像选择

如上在下载 Ubuntu Server 时，可能会遇到以下两种安装选项：

Ubuntu Server preinstalled image:

这是一个预安装的系统映像。意味着它已经包含了一个基本的 Ubuntu Server 系统，你可以直接将其写入到目标设备（例如 SD 卡、USB 驱动器或硬盘）并立即启动。
这种类型的映像通常用于嵌入式设备或特定的硬件平台，如 Raspberry Pi 或其他 ARM 设备。
使用预安装映像，你可以迅速地部署 Ubuntu Server，无需经过传统的安装过程。

Ubuntu Server live installer:

这是一个“实时”安装程序。当你启动这个映像时，你会进入一个实时的 Ubuntu 环境，其中包含一个安装程序。你可以使用这个安装程序来安装 Ubuntu Server 到目标设备。
这种类型的安装程序允许你在安装前测试硬件的兼容性、网络连接等，并提供更多的自定义选项。
一旦你决定安装，你可以启动安装程序，选择安装选项，然后等待安装完成。
安装后移除安装介质，操作系统已经已经被安装到指定的硬盘中。

总结:

如果你想要快速部署一个 Ubuntu Server 系统，而不需要进行详细的配置或安装，那么选择 preinstalled image 可能是一个好选择。
如果你想要更多的自定义选项，或者你想在安装前测试系统，那么选择 live installer 会更合适。

参考中文章是使用 Ubuntu Server live installer 的安装流程，本文是使用 Ubuntu Server preinstalled image的安装流程。如果想使用参考文章中的安装流程，在阅读完本文后也会有帮助

1.2 解压镜像

unxz [下载的.img.xz文件路径]

2 创建虚拟磁盘

使用 dd 命令创建磁盘映像时，如：

dd if=/dev/zero of=riscv_disk.img bs=1M count=10240

这里是各个选项的含义：

dd: 这是数据复制的命令名，它可以用于低级别的数据复制。
if=/dev/zero: 这是输入文件（Input File）的路径。

/dev/zero 是一个特殊的设备文件，它提供了无限的零（null bytes）。当你从这个文件读取时，你会得到连续的零。

of=riscv_disk.img: 这是输出文件（Output File）的路径。

riscv_disk.img 是你要创建的文件的名称。这将是你的虚拟磁盘映像。

bs=1M: 这是块大小（Block Size）。

这里，1M 表示每个块的大小是 1 兆字节。dd 会按照这个大小来读取和写入数据。

count=10240: 这是要复制的块的数量。

10240 块，每块 1M，所以总大小是 10GB。

总的来说，这个命令从 /dev/zero 读取了 10GB 的零，并将它们写入 riscv_disk.img 文件，从而创建了一个 10GB 的空磁盘映像。

3 将预安装镜像写入虚拟磁盘

dd if=[你的预安装映像路径] of=riscv_disk.img

4 启动qemu

之前有在x86的ubuntu上通过QEMU运行运行RISC-V版本的QEMU

在参考的文章中（先不要着急操作，请看完）

sudo apt-get install qemu-system-misc opensbi u-boot-qemu

qemu-system-misc QEMU 用于模拟虚拟 RISC-V 芯片以及CLINT，PLIC等设备
OpenSBI提供以机器模式运行的SBI运行环境
U-Boot 是实现 UEFI API 并加载 GRUB 的固件

这是参考文章中启动的参数（别执行）

qemu-system-riscv64 \
    -machine virt -m 4G -smp cpus=2 -nographic \
    -bios /usr/lib/riscv64-linux-gnu/opensbi/generic/fw_jump.bin \
    -kernel /usr/lib/u-boot/qemu-riscv64_smode/u-boot.bin \
    -netdev user,id=net0 \
    -device virtio-net-device,netdev=net0 \
    -drive file=jammy-live-server-riscv64.img,format=raw,if=virtio \
    -drive file=disk,format=raw,if=virtio \
    -device virtio-rng-pci

分别通过 -bios 和 kernel 参数指定了两个二进制文件，参数指定的目录下发现还有 fw_jump.elf 和 u-boot.elf 文件。按照经验，通常 .bin 文件是由 objcopy 命令从 .elf 文件中拷贝出的 .text .data .rodata 段组成。

一个典型的使用 objcopy 从 ELF 文件生成 .bin 文件的命令如下：

objcopy -O binary input.elf output.bin

其中，-O binary 指定了输出的目标文件格式为二进制格式。.bin 文件包含了 ELF 文件中所有应当被加载到内存的段的内容，而不包含其他的调试或链接信息。

所以只要有这两个二进制文件，就可以省略安装 opensbi 和 uboot。正好我在mac上无法直接安装需要源码编译，我可以将之前x86 ubuntu 环境中的这两个文件复制过来。如果使用linux，可以像参考文章那样使用通过apt 安装 opensbi 和 uboot获得这两个文件。

我在mac上运行以下命令就可顺利在QEMU中启动ubuntu

qemu-system-riscv64 \
  -M virt \
  -m 2048M \
  -smp 4 \
  -bios ./fw_jump.bin \
  -kernel ./u-boot.bin \
  -drive file=./riscv_disk.img,format=raw,id=hd0 \
  -device virtio-blk-device,drive=hd0 \
  -netdev user,id=net0,hostfwd=tcp::2222-:22 \
  -device virtio-net-device,netdev=net0 \
  -nographic \
  -device virtio-rng-pci

这条命令是用来启动一个 RISC-V 64 位虚拟机的，使用的模拟器是 QEMU。下面是对每一个参数的详细解释：

qemu-system-riscv64: 这是 QEMU 的命令，用于启动一个 RISC-V 64 位的虚拟机。
-M virt: 选择 QEMU 虚拟机的类型。在这里，选择的是 virt，它是 QEMU 支持的 RISC-V 的通用虚拟机型号。
-m 2048M: 设置虚拟机的内存大小。在这里，设置的是 2048M，即 2GB。
-smp 4: 设置虚拟机的 CPU 核心数。在这里，设置的是 4 核心。
-bios ./fw_jump.bin: 指定 BIOS 文件。在这里，用的是 fw_jump.bin 这个文件。
-kernel ./u-boot.bin: 指定内核映像文件。这里用的是 U-Boot，一个常用的开源引导加载器。
-drive file=./riscv_disk.img,format=raw,id=hd0: 定义一个驱动器。

file=./riscv_disk.img: 指定磁盘映像文件。
format=raw: 指定磁盘映像的格式，这里是 raw 格式。
id=hd0: 给这个驱动器一个标识符。

-device virtio-blk-device,drive=hd0: 添加一个设备，并关联前面定义的驱动器。

virtio-blk-device: 这是一个块设备。
drive=hd0: 指定与此设备关联的驱动器。

-netdev user,id=net0,hostfwd=tcp::2222-:22: 定义一个网络设备。

user: 使用用户模式网络堆栈。
id=net0: 给这个网络设备一个标识符。
hostfwd=tcp::2222-:22: 设置端口转发，将宿主机的 2222 端口转发到虚拟机的 22 端口。

-device virtio-net-device,netdev=net0: 添加一个网络设备，并关联前面定义的网络设备。

virtio-net-device: 这是一个网络设备。
netdev=net0: 指定与此设备关联的网络设备。

-nographic: 不使用图形界面，仅使用命令行界面。
-device virtio-rng-pci: 添加一个设备，这是一个随机数生成器。

简而言之，这个命令是用来启动一个带有 2GB RAM、4 个 CPU 核心和一块磁盘的 RISC-V 64 位虚拟机的。虚拟机使用 U-Boot 启动，并设置了网络端口转发。

5 登录和使用

由于这是一个预安装的映像，Ubuntu Server 应该已经安装并配置好了。在 QEMU 启动后，你应该可以看到登录提示。
使用默认的用户名和密码登录（通常为 ubuntu/ubuntu，但最好查看下载页面或相关文档以确认）。
在首次登录后，你会被要求更改密码。

使用SSH 登录

在启动QEMU事设置hostfwd=tcp::2222-:22，通过端口转发，将宿主机的 2222 端口转发到虚拟机的 22 端口。

ssh ubuntu@localhost -p 2222

6 关闭

方式一：正常关机

sudo shutdown -h now

方式一：相当于直接按下主机关机键

当你想要关闭 QEMU 时，可以在 QEMU 的窗口（非SSH链接）中按 Ctrl+A，然后 X