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移除书签使用 QEMU 运行 RT-Thread
摘要
本应用笔记描述了如何在 Window 及 Ubuntu 平台使用 QEMU 运行 RT-Thread qemu-vexpress-a9 BSP 工程。
本文的目的和结构
本文的目的和背景
嵌入式软件开发离不开开发板，在没有物理开发板的情况下，可以使用 QEMU 等类似的虚拟机来模拟开发板。QEMU 是一个支持跨平台虚拟化的虚拟机，它可以虚拟很多开发板。为了方便大家在没有开发板的情况下体验 RT-Thread，RT-Thread 提供了 QEMU 模拟的 ARM vexpress A9 开发板的板级支持包 (BSP)。本文主要介绍在 Window 平台和 Ubuntu 平台使用 QEMU 运行 RT-Thread qemu-vexpress-a9 BSP 工程，并介绍了如何使用虚拟网卡连接 QEMU 到网络。
本文的结构
本文首先介绍 qemu-vexpress-a9 BSP 在 Window 平台的使用明细，然后介绍在 Ubuntu 平台的使用明细。
在 Window 平台使用 QEMU 运行 RT-Thread
准备工作
下载 RT-Thread 源码，推荐下载3.1.0及以上版本。
下载 RT-Thread Env 工具，推荐下载1.0.0及以上版本。
RT-Thread 提供的 QEMU 模拟的 ARM vexpress A9 开发板的板级支持包 (BSP) 位于 RT-Thread 源码 BSP 目录下的 qemu-vexpress-a9 文件夹，此 BSP 实现了 LCD、键盘、鼠标、SD 卡、以太网卡、串口等相关驱动，文件夹内容如下图所示。
qemu-vexpress-a9 BSP 主要文件及目录描述如下所示：
| 文件 / 目录 | 描述 |
|---|---|
| .vscode | vscode 配置文件 |
| applications | 用户应用代码目录 |
| cpu | 芯片相关 |
| drivers | RT-Thread 提供的底层驱动 |
| qemu.bat | Windows 平台运行脚本文件 |
| qemu.sh | Linux 平台运行脚本文件 |
| qemu-dbg.bat | Windows 平台调试脚本文件 |
| qemu-dbg.sh | Linux 平台调试脚本文件 |
| README.md | BSP 说明文件 |
| rtconfig.h | BSP 配置头文件 |
编译和运行 RT-Thread
步骤一 使用 scons 命令编译工程
打开 Env 文件夹，双击 env.exe 文件打开 Env 控制台：
在 Env 控制台下切换目录，输入命令 cd D:\repository\rt-thread\bsp\qemu-vexpress-a9 切换到 RT-Thread 源码文件夹下的 qemu-vexpress-a9 BSP 根目录，然后输入 scons 命令编译工程，如果编译正确无误，会在 BSP 目录下生成 QEMU 下运行的 rtthread.elf 目标文件。
步骤二 使用 qemu.bat 命令运行工程
编译完成后输入 qemu.bat 启动虚拟机及 BSP 工程，qemu.bat 是 Window 批处理文件，此文件位于 BSP 文件夹下，主要包括 QEMU 的执行指令，第一次运行工程会在 BSP 文件夹下创建一份空白的 sd.bin 文件，这是虚拟的 sd 卡，大小为 64M。Env 命令行界面显示 RT-Thread 系统启动过程中打印的初始化信息及版本号信息等，qemu 虚拟机也运行起来了。如下面图片所示：
注意事项：若电脑安装有 360 安全卫士会有警告，请点击允许程序运行。
运行 RT-Thread Finsh 控制台
RT-Thread 支持 Finsh，用户可以在命令行模式使用命令操作。输入 help 或按 tab 键可以查看所有支持的命令。如下图所示，左边为命令，右边为命令描述。
如下图所示，比如输入list_thread命令可以查看当前运行的线程，以及线程状态和堆栈大小等信息。输入list_timer可以查看定时器的状态。
运行 RT-Thread 文件系统
输入 list_device 可以查看注册到系统的所有设备。如下面图片所示可以看到虚拟的 sd 卡 “sd0” 设备，接下来我们可以使用 mkfs sd0 命令格式化 sd 卡，执行该命令会将 sd 卡格式化成 FatFS 文件系统。FatFs 是专为小型嵌入式设备开发的一个兼容微软 fat 的文件系统，采用 ANSI C 编写，采用抽象的硬件 I/O 层以及提供持续的维护，因此具有良好的硬件无关性以及可移植性。
了解 FatFS 详细信息请点击链接：http://elm-chan.org/fsw/ff/00index_e.html
第一次格式化 sd 卡后文件系统不会马上装载上，第二次启动才会被正确装载。我们退出虚拟机，然后在 Env 命令行界面输入 qemu.bat 重新启动虚拟机及工程，输入 ls 命令可以看到新增了 Directory 目录，文件系统已经装载上，然后可以使用 RT-Thread 提供的其他命令体验文件系统
运行 RT-Thread 网络
步骤一 安装和配置 TAP 网卡
1、下载 TAP 网卡 tap-windows-9.21.2.exe。下载好后双击安装程序，默认安装即可。
2、打开网络和共享中心更改适配器设置，将安装的虚拟网卡重命名为 tap，如下图所示：
方法A:右键当前能上网的网络连接（本文使用以太网），打开属性 -> 共享，选择家庭网络连接为 tap，点击确定完成设置，如下图所示：
方法B：也可以将一个能正常连接网络的物理网卡与 tap 进行桥接，桥接成功后会出现一个网桥。如下面图片所示：
注意事项： tap 网卡和 VMware 的虚拟网卡可能会冲突，如果出现无法开启网络共享，或者 ping 不通网络的情况，请在删除 VMware 虚拟网卡之后再尝试一次。
步骤二 修改 qemu.bat 脚本文件
打开 qemu-vexpress-a9 BSP 目录下的 qemu.bat 文件，在下图所示位置添加 -net nic -net tap,ifname=tap 配置。其中 ifname=tap 的意思是网卡的名称是 tap。
步骤三 查看 IP 地址
输入 qemu.bat 命令运行工程，在 shell 中输入 ifconfig命令查看网络状态，正常获取到 IP 即表示网络驱动正常，配置工作完成，效果如下图所示：
注意事项
当出现获取不到 IP 地址的情况时，先将以太网的共享关闭，然后再次打开即可。
如果获取到的 IP 是 10.0.x,x，是因为没有为 QEMU 添加启动参数 -net nic -net tap,ifname=tap 。
虚拟机刚开始运行的时候并不会立刻获取到 IP 地址，有时需要等待几秒钟才会获取到 IP。
关闭虚拟机可以按 Ctrl + 'C' 来结束程序运行。
运行 RT-Thread Ping 工具
步骤一 下载网络工具软件包
1、在路径bsp\qemu-vexpress-a9下打开 Env 工具，执行 menuconfig，如下图所示:
2、在 RT-Thread online packages->IoT - internet of things 页面打开 netutils: Networking utilities for RT-Thread 功能，如下图所示：
3、进入 netutils: Networking utilities for RT-Thread 页面，打开 Enable Ping utility 功能，如下图所示：
4、保存并退出配置界面。如果没有开启 Env 自动更新软件包功能的话，需要输入 pkgs —update 更新软件包配置。更新完成后使用 scons 命令重新编译工程，如下图所示：
5、编译完成之后运行 qemu.bat 文件，如下图所示：
步骤二 运行 ping 工具
在 shell 中输入 ifconfig命令查看网络状态，正常获取到 IP 即表示网络驱动正常：
在 shell 中输入 ping www.rt-thread.com 可以看到 ping 通的返回结果， 表示网络配置成功，能够 ping 通，如下图所示：
运行 RT-Thread GUI 引擎
步骤一 下载 GUI 引擎软件包
关掉 QEMU 虚拟机，回到 ENV 控制台，输入 menuconfig 命令进入配置界面:
进入 “RT-Thread oneline packages” → “system packages” → “RT-Thread GUI Engine” 子菜单，选中 “Enable GUI Engine” 和“Enable the example of GUI Engine”：
按‘→’键选中 “save” 保存配置，并按 “Exit” 键退出配置界面，回到命令行界面，输入 pkgs —update 下载 GUI 软件包及示例代码：
步骤二 运行 GUI 引擎
软件包下载完成后输入 scons 重新编译工程：
编译完成后输入 qemu.bat 命令启动 QEMU 虚拟机及工程，可以看到 QEMU 虚拟的显示屏上显示了示例代码展示的图片、文字和图形信息：
在 Ubuntu 平台使用 QEMU 运行 RT-Thread
准备工作
下载 RT-Thread 源码，使用命令：git clone https://github.com/RT-Thread/rt-thread.git
安装 QEMU，使用命令：sudo apt-get install qemu
安装 Scons，使用命令：sudo apt-get install scons
安装编译器，使用 apt-get 命令安装的编译器版本太旧会导致编译报错，可依次使用如下命令下载安装新版本，下载链接和解压文件夹名因下载版本而异：
cd /opt
sudo tar xf ~/Downloads/ gcc-arm-none-eabi-6_2-2016q4-20161216-linux.tar.bz2
安装 ncurses 库，使用命令：sudo apt-get install libncurses5-dev
编译器安装好以后需要修改 qemu-vexpress-a9 BSP 下面的 rtconfig.py 文件，修改对应路径为解压到 opt 目录下的编译器对应的 bin 目录，参考下图，目录名字因下载的编译器版本而异：
使用 menuconfig 配置工程
1、在 qemu-vexpress-a9 BSP 根目录输入 scons —menuconfig 开启配置界面，配置操作和 Window 平台一样:
2、使用 scons —menuconfig 命令后会安装及初始化 Env 工具，并在 home 目录下面生成 “.env” 文件夹，此文件夹为隐藏文件夹，切换到 home 目录，使用 la 命令可查看所有目录和文件。env.sh 文件是需要执行的文件，它会配置好环境变量，让我们可以使用 pkgs 命令来更新软件包，输入 source ~/.env/env.sh 命令执行。若已经选择了在线软件包，就可以使用 pkgs —update 命令下载软件包到 BSP 目录下的 packages 文件夹里：
编译和运行 RT-Thread
1、在 qemu-vexpress-a9 BSP 目录下输入 scons 命令编译工程：
2、输入 ls 命令查看 BSP 下面的文件明细，绿色显示的文件是有执行权限的文件，我们需要给 qemu.sh 文件新增执行权限，输入 chmod +x qemu.sh 命令：
3、输入 ./qemu.sh 命令执行脚本文件，这时候虚拟机便运行起来，如下图所示，命令行显示了 RT-Thread 操作系统启动过程所打印的相关信息，白色窗口为虚拟的 LCD 屏。
参考
常见问题
- Env 工具的相关问题请参考 Env 工具使用手册的常用资料链接小节。
- 编译工程提示 fatal error: rtgui/driver.h: No such file or directory
- 解决方法：使用 menuconfig 使能 “Enable GUI Engine”后需要使用命令pkgs —update下载 GUI 软件包。
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