嵌入式编程中使用qemu能够做什么？

背景

学习QEMU以后，为了拓展视野，才发现QEMU可以做这么多的事情。

原文链接（有删改）：https://www.eet-china.com/mp/a56346.html

仿真裸机或RTOS编程

qemu的是指令翻译进行的，所以可以根据实际的需求进行相应的裸机开发和学习，比如语言学习，嵌入式C语言，嵌入式RUST语言，等等项目。一些github上的好用学习型的项目也会对qemu进行支持，用RUST语言在arm上的编程，即使手上没有很好的硬件的条件，也能够去学习RUST语言在嵌入式编程上的使用。

然而嵌入式开发往往会和硬件打交道，qemu也提供了不同类别的硬件，比如flash，网卡，sd卡，中断，串口等等，这些对于学习不同的体系架构，也有着非常关键的作用。

指令验证

除此之外，也可以在qemu的支持上做了一些扩展开发，比如在riscv的生态支持上对gd32的rv-star在中科院软件研究所的基础上做了一些研究，同时对nuclei的各种处理器系列做了适配。这样对于软件层面的验证更加有用，比如去运行一下nuclei-sdk，或者对于RISCV的V扩展的支持的nmsis的支持。

qemu-system-riscv64 -M nuclei_n,download=ilm -cpu nuclei-nx600fdp -nodefaults -nographic -serial stdio -kernel CMSIS/nmsis_release/NMSIS/DSP/Examples/RISCV/riscv_matrix_example/dsp_example.elf

这样可以进行相关的dsp的验证工作。因为nmsis是基于arm的cmsis在riscv上的一份移植，其中实现了许多的加速运算的demo，比如矩阵运算，卷积，图像处理等等，这些指令同样也可以在nuclei qemu中计算出正确的结果。

利用qemu作为底层研究将会非常的高效。同时，善于借助gdb等调试工具，将能够非常容易的找到问题出现的点。

利用qemu网络编程研究

由于qemu的网络可以直接连接主机的网络，对这方面的研究可以从网络协议栈，网络的上层应用编程等等进行研究。例如去研究lwip协议栈的实现等等。

其中socket的编程部分实际上是通用的，无论是arm架构、mips架构或者riscv架构，借助qemu的好处在于可以采用一个架构平台，进行协议栈或者上层开发后，可以无缝的移植到自己的真实的板子上，非常方便进行整体业务的联调。

对于qemu riscv64 virt平台，整个系统从底层的virtio或者e1000的网卡设备提供数据的收发、中断消息机制之外，rt-thread也通过提供lwip协议栈的支持，这样整个网络链路才是比较合理的。开发起来也比较的方便。

在物联网模块的开发方面，采用qemu，也可以不用rt-thread，直接裸机驱动virt上的e1000网卡驱动，然后借助对寄存器的读写操作，移植其他的网络协议栈，从而实现网络数据的收发工作，网络编程的上层对接阿里云、腾讯云等云服务器，非常容易的实现业务的编程，同时调试方面，qemu的gdb调试功能也是非常的强大，也可以dump出内存进行ram parse分析。

嵌入式图形开发

因为嵌入式编程的实现，也会多少涉及到图形编程，当接上LCD屏后，其中的显示驱动对上层应用暴露出来的实际上是一块显存，通过对显存的读写，flush进行lcd的图像更新。

在图像编程方面，qemu也提供了显示窗口。这种显示窗口可以为gui相关的开发工作带来很多便捷。

进行嵌入式Linux的开发

进行Linux开发工作，如果深入去学习某一个设备的开发，当然少不了不断的对Linux的内核部分进行编译和下载，这是一个十分耗时的工作，如果只是进行应用程序的开发，可能感觉不到许多的差别，但是一旦涉及到Linux内核的分析，频繁的下载也会浪费大量的时间。

当使用qemu后，这种问题将会得到很好的解决，采用qemu进行内核层面的裁剪，进行内核层面模块化的验证工作后，再进行移植，让其变得更加通用，不仅仅针对这个项目有效，而且也为自己积累了很多经验。

$ qemu-system-arm -M vexpress-a9 -m 512M -kernel zImage -dtb vexpress-v2p-ca9.dtb -nographic -append "root=/dev/mmcblk0 rw console=ttyAMA0" -sd rootfs.ext3

WARNING: Image format was not specified for 'rootfs.ext3' and probing guessed raw.

         Automatically detecting the format is dangerous for raw images, write operations on block 0 will be restricted.

         Specify the 'raw' format explicitly to remove the restrictions.

pulseaudio: set_sink_input_volume() failed

pulseaudio: Reason: Invalid argument

pulseaudio: set_sink_input_mute() failed

pulseaudio: Reason: Invalid argument

Booting Linux on physical CPU 0x0

Linux version 4.14.0 (schips@odm-android-fs) (gcc version 7.5.0 (Ubuntu/Linaro 7.5.0-3ubuntu1~18.04)) #1 SMP Fri Jul 16 21:25:45 CST 2021

CPU: ARMv7 Processor [410fc090] revision 0 (ARMv7), cr=10c5387d

CPU: PIPT / VIPT nonaliasing data cache, VIPT nonaliasing instruction cache

OF: fdt: Machine model: V2P-CA9

Memory policy: Data cache writeback

CPU: All CPU(s) started in SVC mode.

percpu: Embedded 16 pages/cpu @9fbae000 s36428 r8192 d20916 u65536

Built 1 zonelists, mobility grouping on.  Total pages: 130048

Kernel command line: root=/dev/mmcblk0 rw console=ttyAMA0

log_buf_len individual max cpu contribution: 4096 bytes

log_buf_len total cpu_extra contributions: 12288 bytes

log_buf_len min size: 16384 bytes

log_buf_len: 32768 bytes

early log buf free: 15000(91%)

PID hash table entries: 2048 (order: 1, 8192 bytes)

Dentry cache hash table entries: 65536 (order: 6, 262144 bytes)

Inode-cache hash table entries: 32768 (order: 5, 131072 bytes)

Memory: 509556K/524288K available (6144K kernel code, 402K rwdata, 1368K rodata, 1024K init, 169K bss, 14732K reserved, 0K cma-reserved)

Virtual kernel memory layout:

从分析linux的loader，分析Linux的驱动框架，内存管理，多核管理等等，都能够非常方便进行调试工作。

在实际硬件设备没有稳定之前，对软件项目进行评估，qemu是非常好用的工具。