Qemu 有两种运行模式

时间：2024-04-29

qemu-system-riscv64

qemu-system-riscv64 模拟系统级模拟一台 RISC-V 64 裸机，它包含处理器、内存及其他外部设备，支持运行完整的操作系统。

常用以下命令启动内核：

qemu-system-riscv64 \
    -machine virt \
    -nographic \
    -bios ../bootloader/rustsbi-qemu.bin \
    -device loader,file=target/riscv64gc-unknown-none-elf/release/os,addr=0x80200000
  • 默认提供 128 MiB 物理内存 （[0x80000000,0x88000000)）
  • rustsbi-qemu.bin 会被放在以物理地址 0x80000000 开头的物理内存中
  • rustsbi-qemu.bin 约定内核的入口地址为 0x80200000
  • file 参数需要内核的二进制文件
    • qemu 支持带元数据的 ELF 文件，无需去除它们
    • 老版本的 qemu 不支持的话，或者想要精简大小，可使用 rust-objcopy --strip-all target/riscv64gc-unknown-none-elf/release/os -O binary target/riscv64gc-unknown-none-elf/release/os.bin

与 rust-gdb 搭配：

# server
qemu-system-riscv64 \
    -machine virt \
    -nographic \
    -bios ../bootloader/rustsbi-qemu.bin \
    -device loader,file=target/riscv64gc-unknown-none-elf/release/os,addr=0x80200000 \
    -s -S

# gdb client
RUST_GDB=path/to/riscv64-unknown-elf-gdb rust-gdb \
    -ex 'file target/riscv64gc-unknown-none-elf/release/os' \
    -ex 'set arch riscv:rv64' \
    -ex 'target remote localhost:1234'

对于 qemu-system-riscv64，只需在上述命令添加 -s -S 来开放 1234 端口给 gdb。 由于对 Rust 程序进行调试，使用 rust-gdb 这个 Rust 自带的 gdb 包装器来获得更好的调试体验。 有无 rust-gdb 的区别见这里。

对 rust-gdb 来说，RUST_GDB 与 gdb 等价，但环境变量的优先级更高。如果你的环境中 gdb 命令指向 riscv64-unknown-elf-gdb，那么可以无需 RUST_GDB。如果采用环境变量，最好把它添加到 ~/.bashrc 中，以免每次运行 rust-gdb 都要写。

qemu-riscv64

qemu-riscv64 模拟了用户模式，直接支持运行 RISC-V 64 用户程序 （qemu-riscv64 path/to/a-elf-file）。

它实际上是一个 RISC-V 架构下的 Linux 操作系统，需要做到二者的系统调用的接口是一样的（包括系统调用编号，参数约定的具体的寄存器和栈等）。

它相当于已经提供了 OS 层，或者说模拟一台预装了 Linux 操作系统的 RISC-V 计算机，但仅支持载入并执行单个可执行文件。具体来说，它可以解析基于 RISC-V 的应用级 ELF 可执行文件，加载到内存并跳转到入口点开始执行。在翻译并执行指令时，如果碰到是系统调用相关的汇编指令，它会把不同处理器（如 RISC-V）的 Linux 系统调用转换为本机处理器（如 x86-64）上的 Linux 系统调用，这样就可以让本机 Linux 完成系统调用，并返回结果（再转换成 RISC-V 能识别的数据）给这些应用。

与 rust-gdb 搭配：

# server
qemu-riscv64 -g 1234 path/to/a-elf-file

# gdb client
rust-gdb \
    -ex 'file path/to/a-elf-file' \
    -ex 'set arch riscv:rv64' \
    -ex 'target remote localhost:1234'
  • 环境变量 QEMU_GDB 与 -g 参数等价： 即 QEMU_GDB=1234 qemu-riscv64 path/to/a-elf-file 和 qemu-riscv64 -g 1234 path/to/a-elf-file 等价
  • -g 必须放置于 elf 路径之前，否则会当作 elf 的参数，因为 qemu-riscv64 [options] program [arguments...]