【嵌入式Linux驱动入门】一、基于QEMU的IMX6ULL虚拟开发环境搭建

导读：Linux 下的驱动开发是一个合格的全栈工程师必备技能，无论做项目产品还是自己DIY小玩意儿，掌握驱动开发的思路与流程都大有裨益。本系列专栏将使用qemu模拟器，虚拟出一个I.MX6ULL芯片，搭载Cortex-A7内核来运行Linux系统，进而在其基础上来学习驱动开发。在该专栏中，将为读者呈现三类常用驱动的开发流程，分别是字符设备驱动、块设备驱动以及网络设备驱动。如果读者之前有学习过单片机、RTOS等相关知识，将可以通过本专栏达到快速入门的效果。

市面上一块可以运行Linux的开发板动辄都要上千元了，对于在校的大部分学生来讲还是一笔不小的开销。那么有没有一种方法“站着还可以把钱挣了呢”？毫无疑问，必须滴！通俗来讲就是开个模拟器或者仿真器嘛，类似单片机开发中的Proteus。在Linux驱动开发中那就是Qemu了。关于Qemu的知识还是蛮复杂的，这里我们主要是学习驱动开发，不进行Qemu的过多介绍，不然就本末倒置了不是么？（好吧，我承认其实我也不会Qemu…哭~）好了说了这么多，接下来正式进入本节的内容吧。

本节将基于Qemu搭建I.MX6ULL虚拟开发板的开发环境，该虚拟开发环境的一切原料都有开源大神为我们做好了，我们要做的就是将这些原料按合理的逻辑勾兑到一起。

需要提醒的是，本篇搭建教程仅支持Ubuntu16.04和Ubuntu18.04两个版本，并且注意文章中部分命令在这两个版本系统下也会有区分。还有就是在搭建过程中需要在合适的路径输入相应的命令，特别注意区别用户名。

一、安装qemu

• 更新和修复软件

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade
sudo apt-get -f install

• 安装KVM，加速qemu运行。

sudo apt-get install qemu qemu-kvm libvirt-bin bridge-utils virt-manager

• 安装git，方便下载qemu

sudo apt-get install git

• 安装qemu系统镜像（适用ubuntu-16.04开发环境）

cd ~
git  clone  https://e.coding.net/weidongshan/ubuntu-16.04_imx6ul_qemu_system.git

适用ubuntu-18.04开发环境命令如下：
git clone https://e.coding.net/weidongshan/ubuntu-18.04_imx6ul_qemu_system.git

  镜像目录结构及说明如下，尤其要注意红框中的部分，在后期的嵌入式驱动开发中要进行替换！

二、运行qemu

• 进入qemu安装路径

cd ~/ubuntu-16.04_imx6ul_qemu_system

• 首次运行需要安装SDL环境，运行下面的脚本自动解压安装

./install_sdl.sh // 提示输入用户密码，等待安装完成

注：如果安装过程中遇到依赖关系报错（ dependency problems），输入sudo apt-get install -f 即可自动修复依赖关系。

• 运行带GUI的imx6ul模拟器（注意：启动后便进入了qemu的终端，而下面的操作仍然是在ubuntu终端进行的，需要再开一个终端进行下面的操作。）

./qemu-imx6ull-gui.sh // 启动后，登录名是root，无需密码

• 终端退出qemu的方法：输入 ctrl+a 抬起后，再输入 x。

关于更多qemu具体操作案例，可以参考百问网的QEMU教程。

三、下载源码

  完整的嵌入式Linux系统包含：bootloader、Linux内核、设备树、根文件系统。QEMU可以略过bootloader而直接启动内核，这给开发带来了便利。

• 设置git邮箱账号和用户名

git config --global user.email "recclay@foxmail.com"
git config --global user.name "recclay"

• 下载源码到/home/clay目录
  • 考虑到代码仓库过多，特使用repo工具管理代码。先用git clone下载repo工具，再用repo工具下载源码：

注：在通过repo下载源码的过程中，可能会提示python版本过低，要求3.6+以上，实测不影响最后的代码，如果不放心可以通过安装Miniconda环境来安装高版本的python。

cd ~
git clone https://e.coding.net/codebug8/repo.git
mkdir -p 100ask_imx6ull-qemu && cd 100ask_imx6ull-qemu
../repo/repo init -u https://e.coding.net/weidongshan/manifests.git -b linux-sdk -m  imx6ull/100ask-imx6ull_qemu_release_v1.0.xml --no-repo-verify
../repo/repo sync -j4

• 在/home/clay目录下的100ask_imx6ull-qemu文件夹里，便是对应的源码！
  • 其中交叉编译工具，就在其中的ToolChain目录下，接下来配置交叉编译工具需要用到！
    

四、更新内核和设备树

• 设置交叉编译工具链
  • 在终端输入vi ~/.bashrc
  • 在文件的末尾加上下列代码，然后重启系统或输入source ~/.bashrc即可生效！

export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
export PATH=$PATH:/home/clay/100ask_imx6ull-qemu/ToolChain/gcc-linaro-6.2.1-2016.11-x86_64_arm-linux-gnueabihf/bin

注：上述在.bashrc中设置交叉编译工具链参数是永久生效的，若要仅对当前终端生效，直接在终端中敲入上述三行代码即可！

• 编译内核及设备树

cd /home/clay/100ask_imx6ull-qemu/linux-4.9.88
make mrproper
make 100ask_imx6ull_qemu_defconfig
make zImage -j4
make dtbs

编译内核时可能会因为缺少lzop报错，安装lzop即可解决：sudo apt-get install lzop。

• 更新内核和设备树
  • 编译成功后，可在./arch/arm/boot/zImage目录下得到内核文件，在./arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull_qemu.dtb得到设备树文件
  • 用上述2个文件去替换qemu中的zImage和100ask_imx6ull_qemu.dtb即可达到更新内核和设备树的目的。
    • qemu的内核和设备树文件在其安装目录下的./imx6ull-system-image文件夹下。

五、更新根文件系统

imx6ull-system-image目录下名为rootfs.img的文件，就是根文件系统。

• 进入根文件系统所在目录

cd ~/imx6ull-system-image

• 挂载根文件系统

sudo mount -o loop rootfs.img /mnt

• 更新根文件系统
  • 挂载成功后可以通过/mnt目录访问根文件系统，进而也可以对其中的内容进行修改
• 修改完毕后，取消挂载

sudo umount /mnt

六、配置NFS

• 启动qemu虚拟开发板

./qemu-imx6ull-gui.sh

注意：启动后便进入了qemu的终端，而下面的操作仍然是在ubuntu终端进行的，需要再开一个终端输入下面的命令。

• 在Ubuntu中安装、配置NFS服务

sudo apt-get install nfs-kernel-server

• 打开配置文件

sudo vim /etc/exports

• 在文件末尾，添加类似以下的内容
  • 下面的例子里允许开发板通过NFS访问Ubuntu的/home/clay目录，当然你可以加其他目录。

/home/clay *(rw,nohide,insecure,no_subtree_check,async,no_root_squash)

• 重启NFS服务

sudo /etc/init.d/nfs-kernel-server restart

• 在Ubuntu上通过NFS挂载自己，测试NFS是否可用。

sudo mount -t nfs -o nolock,vers=3 127.0.0.1:/home/clay /mnt

• 输入ls /mnt，看看是否和/home/clay下的内容一致，一致则说明挂载成功！

注意：测试完毕后别忘了sudo umount /mnt卸载哦。

七、qemu通过NFS访问Ubuntu

需要注意的是，以下配置qemu的NFS，应该在qemu打开的模拟板子终端输入命令！

• 开发板获取IP地址
  • QEMU运行时，Ubuntu是Host即宿主机，QEMU给它分配的IP是10.0.2.2。
  • QEMU模拟的imx6ull板子是Guest即客户机，它会自动获取IP，也可以自己设置。
  • Guest可以通过10.0.2.2访问Host，Host不能访问Guest。
• Guest中可以使用ifconfig命令查看IP，如果没有IP，可以进行如下设置：

注：该命令在板子模拟终端输入！

ifconfig eth0 10.0.2.15

• 挂载主机NFS目录
  • QEMU模拟的imx6ull开发板，可以NFS挂载访问10.0.2.2（Ubuntu主机）

注：该命令在板子模拟终端输入！

mount -t nfs -o nolock,vers=3 10.0.2.2:/home/clay /mnt

• 如果一切正常，在开发板上就可以通过/mnt目录访问Ubuntu的/home/clay目录了。

结语

至此，基于QEMU的IMX6ULL环境搭建便结束了，预祝各位读者学习顺利，早日入门驱动开发！

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参考

• 百问网的QEMU详细介绍