嵌入式项目QEMU仿真与Linux内核调试实践 - 第3节

3.1 QEMU 命令行参数详解

QEMU 是一个功能强大的开源机器模拟器，其命令行参数体系决定了虚拟机的硬件配置、启动方式与调试能力。掌握核心参数是进行嵌入式仿真与内核调试的第一步。以下按功能分类列出最常用的参数组。

3.1.1 机器与 CPU 配置

参数	说明	典型值示例
-machine	指定模拟的硬件平台	virt, vexpress-a9, raspi3b
-cpu	选择 CPU 型号	cortex-a53, max, host
-smp	设置 CPU 核心数	4, 2
-m	分配内存大小	512M, 1G, 2G

3.1.2 存储与启动设备

参数	说明	典型值示例
-kernel	指定内核镜像文件	arch/arm64/boot/Image
-initrd	指定初始 RAM 磁盘	rootfs.cpio.gz
-drive	添加磁盘驱动器	file=disk.img,format=raw,if=virtio
-cdrom	挂载光盘镜像	debian.iso
-boot	设置启动顺序	order=c (硬盘优先)

3.1.3 网络配置

参数	说明	典型值示例
-netdev	定义后端网络设备	user,id=net0
-device	添加前端网卡设备	virtio-net,netdev=net0
-nic	简写方式配置网络	user,model=virtio

3.1.4 显示与串口

参数	说明	典型值示例
-nographic	无图形界面，使用终端	（无参数值）
-serial	重定向串口	mon:stdio, file:serial.log
-vga	选择显卡类型	virtio, cirrus
-display	显示后端	gtk, sdl, none

3.2 启动一个虚拟机

以下演示如何从零启动一个基于 ARM64 架构的 QEMU 虚拟机，使用 virt 平台与 Linux 内核。

3.2.1 准备启动文件

需要准备以下文件：

• 内核镜像： Image (ARM64 非压缩内核)
• 设备树文件： virt.dtb (QEMU 自动生成，也可手动指定)
• 根文件系统： rootfs.cpio.gz (initramfs)

3.2.2 最小启动命令

qemu-system-aarch64 \
  -machine virt \
  -cpu cortex-a53 \
  -smp 2 \
  -m 512M \
  -kernel Image \
  -initrd rootfs.cpio.gz \
  -nographic \
  -append "console=ttyAMA0 root=/dev/ram rdinit=/sbin/init"

3.2.3 带磁盘的完整启动

qemu-system-aarch64 \
  -machine virt \
  -cpu cortex-a53 \
  -smp 2 \
  -m 1G \
  -kernel Image \
  -drive file=rootfs.ext4,format=raw,if=virtio \
  -append "root=/dev/vda console=ttyAMA0" \
  -netdev user,id=net0 \
  -device virtio-net,netdev=net0 \
  -nographic

3.3 QEMU Monitor 使用

QEMU Monitor 是运行中的虚拟机控制接口，允许在宿主机上执行设备热插拔、快照、调试等操作。进入 Monitor 的方式取决于启动参数。

3.3.1 进入 Monitor

启动方式	进入 Monitor 快捷键	说明
图形界面 (GTK/SDL)	Ctrl + Alt + 2	切换到 Monitor 窗口
无图形界面 (-nographic)	Ctrl + A, 然后按 C	在串口终端中切换
串口重定向 (-serial mon:stdio)	Ctrl + A, 然后按 C	Monitor 与串口复用 stdio

3.3.2 常用 Monitor 命令

命令	功能	示例
help	列出所有可用命令	help
info	查询系统状态	info cpus, info block
system_reset	复位虚拟机	system_reset
system_powerdown	关闭虚拟机	system_powerdown
stop	暂停所有 CPU	stop
cont	继续执行	cont
quit	退出 QEMU	quit
device_add	热添加设备	device_add virtio-blk,drive=disk2
device_del	移除设备	device_del virtio-blk
savevm	保存快照	savevm snapshot1
loadvm	加载快照	loadvm snapshot1

3.3.3 调试场景：使用 Monitor 检查内核状态

当内核卡死或需要查看寄存器时，Monitor 提供以下调试命令：

# 进入 Monitor 后执行
(qemu) stop                    # 暂停虚拟机
(qemu) info registers          # 查看所有 CPU 寄存器
(qemu) info cpus               # 查看 CPU 状态
(qemu) info mtree              # 查看内存树布局
(qemu) info qtree              # 查看 QOM 设备树
(qemu) cont                    # 恢复执行

3.3.4 实用技巧：将 Monitor 输出重定向到文件

在调试长时间运行的内核时，可以将 Monitor 输出保存到日志文件：

# 启动时添加 -D 参数
qemu-system-aarch64 [...] -D monitor.log

# 进入 Monitor 后执行
(qemu) log all
(qemu) info registers
(qemu) log none

上述操作会将 Monitor 的完整输出写入 monitor.log，便于事后分析。