📚 课程目录第2章 QEMU 模拟 RISC-V Linux 系统启动

2. QEMU 模拟 RISC-V Linux 系统启动

任务说明

本案例使用 QEMU 的 virt 机器加载 RISC-V 内核镜像与根文件系统，启动完整 Linux 并进入 shell。所需产物：内核镜像 Image、根文件系统 rootfs.cpio.gz、QEMU 可执行文件 qemu-system-riscv64。若已有现成内核与 rootfs，可直接跳到“启动命令”一节。

环境与依赖

Ubuntu/Debian 主机，安装：sudo apt install qemu-system-misc gcc-riscv64-linux-gnu build-essential bc bison flex libssl-dev cpio
QEMU 版本 ≥ 7.0（qemu-system-riscv64 --version 可查）
交叉编译器前缀：riscv64-linux-gnu-

启动流程

最小可复现：构建 rootfs 与启动脚本

下面脚本用 BusyBox 静态二进制构造最小 initramfs，并生成启动命令。内核镜像需自行准备（可用发行版提供的 Image，或先按案例 1 编译）。

#!/bin/bash
# build_and_run.sh —— 构造最小 rootfs 并启动 QEMU
set -e

# 1. 准备 BusyBox（静态编译版，避免依赖动态库）
BB=${BB:-/usr/bin/busybox}
if [ ! -x "$BB" ]; then
  echo "缺少静态 busybox，请安装 busybox-static 或指定 BB=路径"
  exit 1
fi

# 2. 组装 initramfs 目录树
ROOT=rootfs
rm -rf "$ROOT" && mkdir -p "$ROOT"/{bin,sbin,etc,proc,sys,dev,tmp}
cp "$BB" "$ROOT/bin/busybox"
for c in sh ls cat mount echo poweroff; do
  ln -sf busybox "$ROOT/bin/$c"
done

# 3. init 脚本：挂载伪文件系统并进入 shell
cat > "$ROOT/init" <<'EOF'
#!/bin/busybox sh
/bin/busybox --install -s /bin
mount -t proc  none /proc
mount -t sysfs none /sys
mount -t devtmpfs none /dev 2>/dev/null || true
echo "=== RISC-V Linux 已启动 ==="
exec /bin/sh
EOF
chmod +x "$ROOT/init"

# 4. 打包为 cpio.gz
( cd "$ROOT" && find . | cpio -o -H newc 2>/dev/null | gzip -9 ) > rootfs.cpio.gz
echo "rootfs.cpio.gz 生成完成: $(du -h rootfs.cpio.gz | cut -f1)"

# 5. 启动 QEMU
KERNEL=${KERNEL:-./Image}
[ -f "$KERNEL" ] || { echo "未找到内核镜像 $KERNEL，请设置 KERNEL=路径"; exit 1; }

exec qemu-system-riscv64 \
  -M virt -m 256M -smp 1 -nographic \
  -bios default \
  -kernel "$KERNEL" \
  -initrd rootfs.cpio.gz \
  -append "console=ttyS0 rdinit=/init"

运行与验证

赋予执行权限并运行：chmod +x build_and_run.sh && ./build_and_run.sh
观察串口输出：应依次出现 OpenSBI 版本信息、内核启动日志（Linux version ...）、=== RISC-V Linux 已启动 ===，最后停在 / # 提示符。
在 shell 中执行 uname -m，预期输出 riscv64；执行 cat /proc/cpuinfo 可看到 isa: rv64...。
退出：输入 poweroff -f，或按 Ctrl-A 再按 x 结束 QEMU。

判定通过条件：出现 / # 提示符且 uname -m 返回 riscv64，即表示 QEMU 已成功加载内核与根文件系统并进入完整 Linux shell。

常见问题

卡在 Starting kernel ...：内核镜像格式不对，需为 RISC-V 的 Image（非 vmlinux ELF）。
内核 panic No working init found：rdinit=/init 与 rootfs 中 init 路径不一致，或 init 未加可执行权限。
无串口输出：确认 -nographic 与 console=ttyS0 同时存在。