KZnight's Blog
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openEuler RISC-V 系统: QEMU 仿真

 ccrysisa 收录于 RISC-V
  约 2300 字 预计阅读 5 分钟 

本文对通过 QEMU 仿真 RISC-V 环境并启动 OpenEuler RISC-V 系统的流程进行详细介绍，以及介绍如何通过 mugen 测试框架来对 RISC-V 版本的 openEuler 进行系统、软件等方面测试，并根据测试日志对错误原因进行分析。

实验环境

  • 操作系统: deepin 20.9

安装支持 RISC-V 架构的 QEMU 模拟器

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$ sudo apt install qemu-system-misc
$ qemu-system-riscv64 --version
QEMU emulator version 5.2.0 (Debian 1:5.2+dfsg-11+deb11u1)
Copyright (c) 2003-2020 Fabrice Bellard and the QEMU Project developers

虽然 deepin 仓库提供的 QEMU 软件包版本比较低 (5.2.0)，但是根据「引用文档」的说明，不低于 5.0 即可

通过上面安装的 QEMU 版本过低，无法支持 VGA 这类虚拟外设 (virtio)，需要手动编译安装:

如果之前通过 apt 安装了 QEMU 的可以先进行卸载:

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$ sudo apt remove qemu-system-risc
$ sudo apt autoremove

安装必要的构建工具:

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$ sudo apt install build-essential git libglib2.0-dev libfdt-dev libpixman-1-dev zlib1g-dev ninja-build libslirp-dev

下载 QEMU 源码包 (此处以 7.2 版本为例):

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$ wget https://download.qemu.org/qemu-7.2.0.tar.xz

解压源码包、修改名称:

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$ tar xvJf qemu-7.2.0.tar.xz
$ mv qemu-7.2.0 qemu

进入 qemu 对应目录并配置编译选项:

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$./configure

编译安装:

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$ sudo make -j$(nproc)

在 ~/.bashrc 中添加环境变量:

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export PATH=$PATH:/path/to/qemu/build

刷新一下 ~/.bashrc (或新开一个终端) 查看一下 QEMU 是否安装成功:

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$ source ~/.bashrc
$ qemu-system-riscv64 --version
QEMU emulator version 7.2.0
Copyright (c) 2003-2022 Fabrice Bellard and the QEMU Project developers

下载 openEuler RISC-V 系统镜像

实验指定的测试镜像 (当然如果不是实验指定的话，你也可以使用其他的镜像):

由于我是直接使用 ssh 连接 openEuler RISC-V 的 QEMU 虚拟机，所以只下载了:

  • fw_payload_oe_uboot_2304.bin 启动用内核
  • openEuler-23.09-V1-base-qemu-preview.qcow2.zst 不带有桌面镜像的根文件系统
  • start_vm.sh 启动不带有桌面镜像的根文件系统用脚本
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$ wget https://repo.tarsier-infra.com/openEuler-RISC-V/preview/openEuler-23.09-V1-riscv64/QEMU/fw_payload_oe_uboot_2304.bin
$ wget https://repo.tarsier-infra.com/openEuler-RISC-V/preview/openEuler-23.09-V1-riscv64/QEMU/openEuler-23.09-V1-base-qemu-preview.qcow2.zst
$ wget https://repo.tarsier-infra.com/openEuler-RISC-V/preview/openEuler-23.09-V1-riscv64/QEMU/start_vm.sh

解压缩根文件系统的磁盘映像:

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# install unzip tool zstd for zst
$ sudo apt install zstd
$ unzstd openEuler-23.09-V1-base-qemu-preview.qcow2.zst

启动 openEuler RISC-V 系统并连接

确认当前在刚刚下载了内核、根文件系统、启动脚本的目录，然后在一个终端上执行启动脚本:

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$ bash start_vm.sh

安心等待输出完毕出现提示登录界面 (时间可能会有点长)，然后输入账号和密码进行登录即可

或者启动 QEMU 虚拟机后，新开一个终端通过 ssh 进行登录:

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$ ssh -p 12055 root@localhost
$ ssh -p 12055 openeuler@localhost

通过 exit 命令可以退出当前登录账号，通过快捷键 Ctrl + A, X 可以关闭 QEMU 虚拟机 (本质上是信号 signal 处理 🤣)

建议登录后修改账号的密码 (相关命令: passwd)

Mugen 测试框架

根据 「mugen」 README 的使用教程，在指定测试镜像上完成 「安装依赖软件」「配置测试套环境变量」「用例执行」这三个部分，并给出实验总结

安装 git & 克隆 mugen 仓库

登录普通用户 openeuler 然后发现此时没有安装 git 无法克隆 mugen 仓库，先安装 git:

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$ sudo dnf install git
$ git clone https://gitee.com/openeuler/mugen.git

原始设定的 vim 配置不太优雅，我根据我的 vim 配置进行了设置，具体见 「Vim 配置」

安装依赖软件

进入 mugen 目录执行安装依赖软件脚本 (因为我使用的是普通用户，需要使用 sudo 提高权级):

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$ sudo bash dep_install.sh
...
Complete!

配置测试套环境变量

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$ sudo bash mugen.sh -c --ip $ip --password $passwd --user $user --port $port

这部分仓库的文档对于本机测试没有很清楚地说明，参考文章 「基于openEuler虚拟机本地执行mugen测试脚本」完成配置

执行完成后会多出一个环境变量文件 ./conf/env.json

用例执行 & 结果分析

我对于 openEuler RISC-V 是否支持了 binutils 比较感兴趣，便进行了测试:

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$ sudo bash mugen.sh -f binutils -x
...
INFO  - A total of 8 use cases were executed, with 8 successes 0 failures and 0 skips.

执行结果显示已正确支持 binutils

接下来对程序静态分析工具 cppcheck 的支持进行测试:

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$ sudo bash mugen.sh -f cppcheck -x
...
INFO  - A total of 2 use cases were executed, with 1 successes 1 failures and 0 skips.

根据文档 suite2cases 中 json文件的写法 的解释，分析刚刚执行的测试套 suit2cases/cppcheck.json，是测试用例 oe_test_cppcheck 失败了。
观察该用例对应的脚本 testcases/cli-test/cppcheck/oe_test_cppcheck/oe_test_cppcheck.sh，并打开对应的日志 logs/cppcheck/oe_test_cppcheck/$(date).log 在里面检索 LOG_ERROR，找到两处相关错误:

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+ LOG_ERROR 'oe_test_cppcheck.sh line 70'
+ LOG_ERROR 'oe_test_cppcheck.sh line 95'

比照用例脚本，对应的测试逻辑是:

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        cppcheck --std=c99 --std=posix test.cpp
70-->   CHECK_RESULT $?

        if [ $VERSION_ID != "22.03" ]; then
            cppcheck -DA --force file.c | grep "A=1"
95-->       CHECK_RESULT $? 1
        else
            cppcheck -DA --force file.c | grep "A=1"
            CHECK_RESULT $?
        fi

The flag -D tells Cppcheck that a name is defined. There will be no Cppcheck analysis without this define.

The flag –force and –max-configs is used to control how many combinations are checked. When -D is used, Cppcheck will only check 1 configuration unless these are used.

这里面 CHECK_RESULT 是一个自定义的 shell 函数，扫一下 mugen 的库目录 libs，在 locallibs/common_lib.sh 里找到该函数的定义，它的逻辑比较好懂 (类似于 assert)，但是函数开头的变量定义让我有些迷糊，于是求教于 GPT:

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    actual_result=$1
    expect_result=${2-0}
    mode=${3-0}
    error_log=$4

GPT:

  • actual_result 变量被赋值为第一个参数的值。
  • expect_result 变量被赋值为第二个参数的值，如果第二个参数不存在，则默认为 0。
  • mode 变量被赋值为第三个参数的值，如果第三个参数不存在，则默认为 0。
  • error_log 变量被赋值为第四个参数的值。

所以，涉及错误的两个测试逻辑都很好理解了:

  • CHECK_RESULT $? 表示上一条命令返回值的预期是 0
  • CHECK_RESULT $? 1 表示上一条命令返回值的预期是 1

接下来我们就实际测试一下这两个用例:

安装 cppcheck:

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$ sudo dnf install cppcheck

执行测试脚本 70 行对应的上一条命令:

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$ cppcheck --std=c99 --std=posix test.cpp
cppcheck: error: unknown --std value 'posix'
$ echo $?
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测试失败原因是 cppcheck risc-v 版本不支持指定 C/C++ 标准为 posix (同时查询了下 「cppcheck manual」目前 cppcheck 支持的标准里并未包括 posix)

执行测试脚本 95 行对应的上一条命令:

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$ cppcheck -DA --force file.c | grep "A=1"
Checking file.c: A=1...
file.c:5:6: error: Array 'a[10]' accessed at index 10, which is out of bounds. [arrayIndexOutOfBounds]
    a[10] = 0;
     ^
$ echo $?
0

测试失败原因是 grep 在之前的 cppcheck 的输出里匹配到 A=1，所以导致返回值为 0。这部分测试的逻辑是: 仅对于 22.03 版本 openEuler 上的 cppcheck 在以参数 -DA 执行时才会输出包含 A=1 的信息，但是个人猜测是在比 22.03 及更高版本的 openEuler 上使用 cppcheck 搭配 -DA 都可以输出包含 A=1 的信息

实验总结和讨论

初步体验了使用 QEMU 构建 openEuler RISC-V 系统虚拟机的流程，以及使用 ssh 连接 QEMU 虚拟机的技巧。实验过程中最大感触是 mugen 的文档，相对于 cppcheck 这类产品的文档，不够详细，很多内容需要阅读源码来理解 (好处是精进了我对 shell 脚本编程的理解 🤣)。

我个人比较期待 RISC-V 配合 nommu 在嵌入式这类低功耗领域的发展，同时也对 RISC-V Hypervisor Extension 在虚拟化方面的发展感兴趣。

References

更新于 2024-04-20 
阅读原始文档
RISC-VopenEulerQEMUMugen
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