使用qemu執行risc-v ubuntu

orangeQWJ發表於2024-05-03
Ubuntu

參考

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

用到的檔案

fw_jump.bin

u-boot.bin

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

1 映象準備

ubuntu.com

1.1 映象選擇

如上在下載 Ubuntu Server 時，可能會遇到以下兩種安裝選項：

  1. Ubuntu Server preinstalled image:

  • 這是一個預安裝的系統映像。意味著它已經包含了一個基本的 Ubuntu Server 系統，你可以直接將其寫入到目標裝置（例如 SD 卡、USB 驅動器或硬碟）並立即啟動。

  • 這種型別的映像通常用於嵌入式裝置或特定的硬體平臺，如 Raspberry Pi 或其他 ARM 裝置。

  • 使用預安裝映像，你可以迅速地部署 Ubuntu Server，無需經過傳統的安裝過程。

  1. Ubuntu Server live installer:

  • 這是一個“實時”安裝程式。當你啟動這個映像時，你會進入一個實時的 Ubuntu 環境，其中包含一個安裝程式。你可以使用這個安裝程式來安裝 Ubuntu Server 到目標裝置。

  • 這種型別的安裝程式允許你在安裝前測試硬體的相容性、網路連線等，並提供更多的自定義選項。

  • 一旦你決定安裝，你可以啟動安裝程式，選擇安裝選項，然後等待安裝完成。

  • 安裝後移除安裝介質，作業系統已經已經被安裝到指定的硬碟中。

總結:

  • 如果你想要快速部署一個 Ubuntu Server 系統，而不需要進行詳細的配置或安裝，那麼選擇 preinstalled image 可能是一個好選擇。

  • 如果你想要更多的自定義選項，或者你想在安裝前測試系統，那麼選擇 live installer 會更合適。

參考中文章是使用 Ubuntu Server live installer 的安裝流程，本文是使用 Ubuntu Server preinstalled image的安裝流程。如果想使用參考文章中的安裝流程，在閱讀完本文後也會有幫助

1.2 解壓映象

unxz [下載的.img.xz檔案路徑]

2 建立虛擬磁碟

使用 dd 命令建立磁碟映像時，如：

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

這裡是各個選項的含義：

  1. dd: 這是資料複製的命令名，它可以用於低階別的資料複製。

  2. if=/dev/zero: 這是輸入檔案（Input File）的路徑。

  • /dev/zero 是一個特殊的裝置檔案，它提供了無限的零（null bytes）。當你從這個檔案讀取時，你會得到連續的零。
  1. of=riscv_disk.img: 這是輸出檔案（Output File）的路徑。
  • riscv_disk.img 是你要建立的檔案的名稱。這將是你的虛擬磁碟映像。
  1. bs=1M: 這是塊大小（Block Size）。
  • 這裡，1M 表示每個塊的大小是 1 兆位元組。dd 會按照這個大小來讀取和寫入資料。
  1. count=10240: 這是要複製的塊的數量。
  • 10240 塊，每塊 1M，所以總大小是 10GB。

總的來說，這個命令從 /dev/zero 讀取了 10GB 的零，並將它們寫入 riscv_disk.img 檔案，從而建立了一個 10GB 的空磁碟映像。

3 將預安裝映象寫入虛擬磁碟

dd if=[你的預安裝映像路徑] of=riscv_disk.img

4 啟動qemu

之前有在x86的ubuntu上透過QEMU執行執行RISC-V版本的QEMU

在參考的文章中 （先不要著急操作，請看完）

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

  • qemu-system-misc QEMU 用於模擬虛擬 RISC-V 晶片以及CLINT，PLIC等裝置

  • OpenSBI提供以機器模式執行的SBI執行環境

  • U-Boot 是實現 UEFI API 並載入 GRUB 的韌體

這是參考文章中啟動的引數 （別執行）

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

分別透過 -bios 和 kernel 引數指定了兩個二進位制檔案，引數指定的目錄下發現還有 fw_jump.elf 和 u-boot.elf 檔案。按照經驗，通常 .bin 檔案是由 objcopy 命令從 .elf 檔案中複製出的 .text .data .rodata 段組成。

一個典型的使用 objcopy 從 ELF 檔案生成 .bin 檔案的命令如下：

objcopy -O binary input.elf output.bin

其中，-O binary 指定了輸出的目標檔案格式為二進位制格式。.bin 檔案包含了 ELF 檔案中所有應當被載入到記憶體的段的內容，而不包含其他的除錯或連結資訊。

所以只要有這兩個二進位制檔案，就可以省略安裝 opensbi 和 uboot。正好我在mac上無法直接安裝需要原始碼編譯，我可以將之前x86 ubuntu 環境中的這兩個檔案複製過來。如果使用linux，可以像參考文章那樣使用透過apt 安裝 opensbi 和 uboot獲得這兩個檔案。

我在mac上執行以下命令就可順利在QEMU中啟動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

這條命令是用來啟動一個 RISC-V 64 位虛擬機器的，使用的模擬器是 QEMU。下面是對每一個引數的詳細解釋：

  1. qemu-system-riscv64: 這是 QEMU 的命令，用於啟動一個 RISC-V 64 位的虛擬機器。

  2. -M virt: 選擇 QEMU 虛擬機器的型別。在這裡，選擇的是 virt，它是 QEMU 支援的 RISC-V 的通用虛擬機器型號。

  3. -m 2048M: 設定虛擬機器的記憶體大小。在這裡，設定的是 2048M，即 2GB。

  4. -smp 4: 設定虛擬機器的 CPU 核心數。在這裡，設定的是 4 核心。

  5. -bios ./fw_jump.bin: 指定 BIOS 檔案。在這裡，用的是 fw_jump.bin 這個檔案。

  6. -kernel ./u-boot.bin: 指定核心映像檔案。這裡用的是 U-Boot，一個常用的開源引導載入器。

  7. -drive file=./riscv_disk.img,format=raw,id=hd0: 定義一個驅動器。

  • file=./riscv_disk.img: 指定磁碟映像檔案。

  • format=raw: 指定磁碟映像的格式，這裡是 raw 格式。

  • id=hd0: 給這個驅動器一個識別符號。

  1. -device virtio-blk-device,drive=hd0: 新增一個裝置，並關聯前面定義的驅動器。

  • virtio-blk-device: 這是一個塊裝置。

  • drive=hd0: 指定與此裝置關聯的驅動器。

  1. -netdev user,id=net0,hostfwd=tcp::2222-:22: 定義一個網路裝置。

  • user: 使用使用者模式網路堆疊。

  • id=net0: 給這個網路裝置一個識別符號。

  • hostfwd=tcp::2222-:22: 設定埠轉發，將宿主機的 2222 埠轉發到虛擬機器的 22 埠。

  1. -device virtio-net-device,netdev=net0: 新增一個網路裝置，並關聯前面定義的網路裝置。

  • virtio-net-device: 這是一個網路裝置。

  • netdev=net0: 指定與此裝置關聯的網路裝置。

  1. -nographic: 不使用圖形介面，僅使用命令列介面。

  2. -device virtio-rng-pci: 新增一個裝置，這是一個隨機數生成器。

簡而言之，這個命令是用來啟動一個帶有 2GB RAM、4 個 CPU 核心和一塊磁碟的 RISC-V 64 位虛擬機器的。虛擬機器使用 U-Boot 啟動，並設定了網路埠轉發。

5 登入和使用

  • 由於這是一個預安裝的映像，Ubuntu Server 應該已經安裝並配置好了。在 QEMU 啟動後，你應該可以看到登入提示。

  • 使用預設的使用者名稱和密碼登入（通常為 ubuntu/ubuntu，但最好檢視下載頁面或相關文件以確認）。

  • 在首次登入後，你會被要求更改密碼。

使用SSH 登入

在啟動QEMU事設定hostfwd=tcp::2222-:22，透過埠轉發，將宿主機的 2222 埠轉發到虛擬機器的 22 埠。

ssh ubuntu@localhost -p 2222

6 關閉

  1. 方式一：正常關機
sudo shutdown -h now
  1. 方式一：相當於直接按下主機關機鍵

當你想要關閉 QEMU 時，可以在 QEMU 的視窗（非SSH連結）中按 Ctrl+A，然後 X

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