2.4　QEMU + RISC-V + Linux實驗平臺

本書少部分實驗（如指令集實驗和部分高速緩存偽共享實驗）可以在基于RISC-V的Linux主機上完成。基于RISC-V的Linux主機可以通過兩種方式獲取，一種是購買RISC-V開發板，另一種是使用QEMU+RISC-V+Linux實驗平臺。

下面介紹QEMU+RISC-V+Linux實驗平臺。Linux主機使用Ubuntu 20.04系統。

（1）安裝工具

首先，在Linux主機中安裝相關工具。

$ sudo apt-get install qemu-system-misc libncurses5-dev gcc-riscv64-linux-gnu
build-essential git bison flex libssl-dev opensbi

然后，在Linux主機系統中安裝RISC-V GCC編譯器的9.3版本。

$ riscv64-linux-gnu-gcc -v
gcc version 9.3.0 (Ubuntu 9.3.0-8ubuntu1) 

（2）下載倉庫

下載runninglinuxkernel_5.15的GIT倉庫并切換到master分支。

$ git clone https://github.com/runninglinuxkernel/runninglinuxkernel_5.15.git

（3）編譯內核并創建文件系統

runninglinuxkernel_5.15目錄中有一個rootfs_debian_riscv.tar.xz文件，這個文件采用Ubuntu Linux 20.04系統的根文件系統制作而成。

注意，該腳本會使用dd命令生成一個2GB大小的鏡像文件，因此主機系統需要保證至少有10 GB的空余磁盤空間。如果需要生成更大的根文件系統鏡像文件，可以修改run_rlk_ riscv.sh腳本。

首先，編譯內核。

$ cd runninglinuxkernel_5.15
$ ./run_rlk_riscv.sh build_kernel

執行上述腳本可能需要幾十分鐘時間，具體取決于主機的計算能力。

然后，編譯根文件系統。

$ sudo ./run_rlk_riscv.sh build_rootfs

注意，編譯根文件系統需要管理員權限，而編譯內核則不需要。執行完上述命令后，將會生成名為rootfs_debian_riscv.ext4的根文件系統。

（4）運行剛才編譯好的RISC-V版本的Linux系統

要運行run_rlk_riscv.sh腳本，輸入“run”即可。

$./run_rlk_riscv.sh run

運行結果如下。

rlk@ runninglinuxkernel_5.15 $ ./run_rlk_riscv.sh run
[   0.000000] OF: fdt: Ignoring memory range 0x80000000 - 0x80200000
[   0.000000] No DTB passed to the kernel
[   0.000000] Linux version 5.15.0+ (rlk@master) (gcc version 9.3.0 (Ubuntu 
9.3.0-17ubuntu1~20.04)) #4 SMP Thu Sep 9 19:14:52 CST 2021
[   0.000000] initrd not found or empty - disabling initrd
[   0.000000] Zone ranges:
[   0.000000]   DMA32    [mem 0x0000000080200000-0x00000000bfffffff]
[   0.000000]   Normal   empty
[   0.000000] Movable zone start for each node
[   0.000000] Early memory node ranges...
...
rlk login:

登錄系統時使用的用戶名和密碼如下。

● 用戶名：root。

● 密碼：123。

（5）在線安裝軟件包

QEMU虛擬機可以通過VirtIO-Net技術生成虛擬的網卡，并通過網絡地址轉換（Network Address Translation，NAT）技術和主機進行網絡共享。下面使用ifconfig命令檢查網絡配置。

root@ubuntu:~# ifconfig
enp0s1: flags=4163<UP,BROADCAST,RUNNING,MULTICAST>  mtu 1500
        inet 10.0.2.15  netmask 255.255.255.0  broadcast 10.0.2.255
        inet6 fec0::ce16:adb:3e70:3e71  prefixlen 64  scopeid 0x40<site>
        inet6 fe80::c86e:28c4:625b:2767  prefixlen 64  scopeid 0x20<link>
        ether 52:54:00:12:34:56  txqueuelen 1000  (Ethernet)
        RX packets 23217  bytes 33246898 (31.7 MiB)
        RX errors 0  dropped 0  overruns 0  frame 0
        TX packets 4740  bytes 267860 (261.5 KiB)
        TX errors 0  dropped 0 overruns 0  carrier 0  collisions 0

可以看到，這里生成了名為enp0s1的網卡設備，分配的IP地址為10.0.2.15。

可通過apt update命令更新Debian系統的軟件倉庫。

root@ubuntu:~# apt update

如果更新失敗，有可能是因為計算機系統中的時間比較舊，可以使用date命令設置日期。

root@ubuntu:~# date -s 2024-03-29 #假設最新日期是2024年3月29日
Sun Mar 29 00:00:00 UTC 2024

使用apt install命令安裝軟件包。比如，在線安裝GCC等軟件包。

root@ubuntu:~# apt install gcc build-essential

（6）在主機和QEMU虛擬機之間共享文件

主機和QEMU虛擬機可以通過NET_9P技術進行文件共享，這需要QEMU虛擬機和主機的Linux內核都使能NET_9P的內核模塊。本實驗平臺已經支持主機和QEMU虛擬機的文件共享，可以通過一個簡單方法來測試。

在Ubuntu主機上復制一個test.c文件到runninglinuxkernel_5.15/kmodules目錄。

$ cp test.c  runninglinuxkernel_5.15/kmodules

啟動并登錄QEMU虛擬機之后，檢查一下/mnt目錄中是否有test.c文件。

root@ubuntu:/# cd /mnt
root@ubuntu:/mnt # ls
README    test.c

后續的實驗（例如，第7章以及第14～16章的部分實驗）中會經常用到這個特性，如把編寫好的代碼文件復制到QEMU虛擬機。