QEMU如何搭建树莓派环境

发布时间：2021-11-20 10:55:20 作者：小新
来源：亿速云阅读：278

# QEMU如何搭建树莓派环境

## 前言

对于嵌入式开发者和Linux爱好者而言，树莓派是一个极具吸引力的开发平台。然而，受限于硬件资源或开发场景，有时我们需要在PC上模拟树莓派环境。QEMU作为一款开源的硬件虚拟化工具，能够完美模拟ARM架构环境，本文将详细介绍如何使用QEMU搭建树莓派模拟环境。

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## 一、准备工作

### 1.1 硬件/软件需求
- **主机系统**：Linux（推荐Ubuntu/Debian）或macOS
- **必要组件**：
  - QEMU系统模拟器（`qemu-system-arm`）
  - 树莓派内核镜像（`kernel-qemu-*-raspbian`）
  - 树莓派系统镜像（Raspbian/Raspberry Pi OS）
  - 设备树文件（`versatile-pb.dtb`）

### 1.2 安装QEMU
```bash
# Ubuntu/Debian
sudo apt-get install qemu-system-arm

# macOS (通过Homebrew)
brew install qemu

二、获取必要文件

2.1 下载树莓派镜像

从官方获取最新Raspberry Pi OS Lite镜像（无桌面环境更节省资源）：

wget https://downloads.raspberrypi.org/raspios_lite_armhf/images/raspios_lite_armhf-YYYY-MM-DD/YYYY-MM-DD-raspios-bullseye-armhf-lite.img.xz
unxz YYYY-MM-DD-raspios-bullseye-armhf-lite.img.xz

2.2 获取内核与设备树

wget https://github.com/dhruvvyas90/qemu-rpi-kernel/raw/master/kernel-qemu-5.10.63-bullseye
wget https://github.com/dhruvvyas90/qemu-rpi-kernel/raw/master/versatile-pb.dtb

注意：不同镜像版本需匹配对应的内核文件。

三、配置QEMU环境

3.1 镜像扩容（可选）

原始镜像仅约2GB，建议扩容：

qemu-img resize YYYY-MM-DD-raspios-bullseye-armhf-lite.img +4G

3.2 启动脚本准备

创建启动脚本start_raspi.sh：

#!/bin/bash
qemu-system-arm \
  -M versatilepb \
  -cpu arm1176 \
  -m 256 \
  -kernel kernel-qemu-5.10.63-bullseye \
  -dtb versatile-pb.dtb \
  -append "root=/dev/sda2 panic=1 rootfstype=ext4 rw" \
  -drive file=YYYY-MM-DD-raspios-bullseye-armhf-lite.img,format=raw \
  -net nic -net user,hostfwd=tcp::5022-:22 \
  -no-reboot \
  -nographic

赋予执行权限：

chmod +x start_raspi.sh

参数说明：

参数	作用
`-M versatilepb`	模拟Versatile PB板
`-cpu arm1176`	指定ARMv6架构CPU
`-m 256`	分配256MB内存
`-net user`	启用网络并设置SSH端口转发

四、首次启动与配置

4.1 启动模拟器

./start_raspi.sh

系统将启动到登录界面： - 默认用户名：pi - 默认密码：raspberry

4.2 文件系统扩展

sudo raspi-config

选择 Advanced Options > Expand Filesystem

4.3 启用SSH（可选）

sudo systemctl enable ssh
sudo systemctl start ssh

五、高级配置

5.1 图形界面支持

若需启动桌面环境： 1. 下载完整版镜像（非Lite版本） 2. 修改启动参数：

   -append "root=/dev/sda2 panic=1 rootfstype=ext4 rw console=ttyAMA0,115200 console=tty1" \
   -serial stdio \
   -vga virtio

5.2 共享文件夹配置

# 主机端创建共享目录
mkdir ~/share

# 启动时添加参数：
-virtfs local,path=/home/user/share,mount_tag=share,security_model=mapped

在树莓派内挂载：

sudo mkdir /mnt/share
sudo mount -t 9p -o trans=virtio,version=9p2000.L share /mnt/share

六、常见问题解决

6.1 内核panic错误

现象：启动时出现Kernel panic - not syncing
解决方案： - 检查内核与镜像版本匹配性 - 确认启动参数中的root=设备号正确（可能是sda1/sda2）

6.2 网络不可用

现象：无法ping通外网
解决方案：

sudo dhclient eth0

6.3 性能优化

启用KVM加速（仅限x86主机）：
```
-enable-kvm -machine virt
```
增加内存至512MB：
```
-m 512
```

七、应用场景示例

7.1 交叉编译测试

# 主机上编译ARM程序
arm-linux-gnueabihf-gcc test.c -o test

# 通过共享文件夹传输到QEMU
./test

7.2 GPIO模拟

虽然QEMU无法真实模拟GPIO，但可通过设备模型测试逻辑：

#include <wiringPi.h>
int main() {
  wiringPiSetup();
  pinMode(0, OUTPUT);  // 模拟GPIO17
  digitalWrite(0, HIGH);
}

结语

通过QEMU搭建树莓派环境，开发者可以在不依赖实体硬件的情况下进行系统调试、应用开发和教学实验。虽然存在性能损失和部分硬件功能限制，但其低成本和高灵活性的特点使其成为嵌入式开发的重要工具。随着QEMU的持续更新，对树莓派新特性的支持也将不断完善。

资源推荐： - QEMU官方文档 - Raspberry Pi Kernel Sources - QEMU-RPi项目 “`

（全文约1650字，实际字数可能因Markdown渲染略有差异）