RT-Thread BSP qemu-virt64-riscv的编译环境搭建步骤

前言
最近需要使用 RT-Thread smart 开发调试一些软件功能，由于软件功能平台无关，使用实际硬件操作，会耗费较多的时间在程序烧写环节。

打算使用 BSP qemu-virt64-aarch64 搭建一个 RT-Thread smart 的开发调试环境，可以开发验证一些平台无关的软件功能，但是当前的 RT-Thread smart 开放出来的 userapps 不支持 aarch64 平台。

所以选择 qemu-virt64-riscv 平台进行编译环境的搭建，搭建的流程跟 qemu-virt64-aarch64 基本一致。

环境搭建
Win10 64位

VMware Workstation Pro

VS Code （ssh 远程）

ubuntu 20.04

RT-Thread master 最新分支： BSP qemu-virt64-riscv

下载 RT-Thread
这里使用 gitee 的 RT-Thread 仓库，先通过 fork 的方式，把 RT-Thread fork 到自己的账号下

ubuntu 中安装好 git qemu，通过 git 克隆一份 RT-Thread 最新代码

可以直接克隆 RT-Thread 官方的 git clone https://gitee.com/rtthread/rt-thread.git

建议手动搭建一个 qemu-virt64-riscv 的独立工程，修改一下构建与配置脚本的路径即可。

scons 构建
进入 rt-thread/bsp/qemu-virt64-riscv，直接 scons编译，如果第一次，可能提示 scons 找不到，找不到就安装一下 scons
$ scons
Command 'scons' not found, but can be installed with:
sudo apt install scons
安装 scons 的方法： $ sudo apt install scons

运行 $ scons --menuconfig，进入Kconfig 图形配置界面，初步运行，会克隆 Linux 下的 RT-Thread env 工具 与 packages 软件包

交叉编译工具链
再次运行 scons 后，发现提示找不到 gcc 交叉编译工具链， riscv64-unknown-linux-musl-gcc: not found

下载工具链：可以使用 get_toolchain.py 下载，不过这个脚本默认没有在 RT-Thread 工程里面，需要手动创建一个

备注：可以在 RT-Thread userapps 仓库中 copy 一份出来，地址 https://github.com/RT-Thread/userapps

在 rt-thread/bsp/qemu-virt64-riscv 目录下，新建一个 tools 目录，然后进入这个 rt-thread/bsp/qemu-virt64-riscv/tools 目录，创建 get_toolchain.py

#!/usr/bin/env python

- - coding: utf-8 - -

Copyright (c) 2022, RT-Thread Development Team

SPDX-License-Identifier: GPL-2.0

Change Logs:

Date Author Notes

2022-02-1 Bernard The first version

import os
import sys
import platform
from ci import CI
toolchains_config = {
'arm':
{
'Linux': 'arm-linux-musleabi_for_x86_64-pc-linux-gnu_latest.tar.bz2',
'Windows': 'arm-linux-musleabi_for_i686-w64-mingw32_latest.zip'
},
'aarch64':
{
'Linux' : 'aarch64-linux-musleabi_for_x86_64-pc-linux-gnu_latest.tar.bz2',
'Windows' : 'aarch64-linux-musleabi_for_i686-w64-mingw32_latest.zip'
},
'riscv64':
{
'Linux': 'riscv64-linux-musleabi_for_x86_64-pc-linux-gnu_latest.tar.bz2',
'Windows': 'riscv64-linux-musleabi_for_i686-w64-mingw32_latest.zip'
}
}
if name == ' main ':

download toolchain

if len(sys.argv) > 1:
target = sys.argv[1]
else:
target = 'arm'
ci = CI()
toolchain_path = os.path.join(os.path.abspath('.'), 'gnu_gcc')
platform = platform.system()
try:
zfile = toolchains_config[target][platform]
URL = 'http://117.143.63.254:9012/www/rt-smart/' + zfile
except:
print('not found target')
exit(0)
ci.downloadFile(zfile, URL)
ci.extractZipFile(zfile, toolchain_path)
ci.delFile(zfile)
在 rt-thread/bsp/qemu-virt64-riscv/tools 目录下，创建一个 ci.py 脚本，因为 get_toolchain.py 依赖这个ci.py 脚本
#!/usr/bin/env python

- - coding: utf-8 - -

Copyright (c) 2022, RT-Thread Development Team

SPDX-License-Identifier: GPL-2.0

Change Logs:

Date Author Notes

2022-02-1 Bernard The first version

import os
import sys
import shutil
import platform
import requests
import time
import zipfile
class CI:
def downloadFile(self, name, url):
headers = {'Proxy-Connection':'keep-alive'}
r = requests.get(url, stream=True, headers=headers)
length = float(r.headers['content-length'])
f = open(name, 'wb')
count = 0
count_tmp = 0
time1 = time.time()
for chunk in r.iter_content(chunk_size = 512):
if chunk:
f.write(chunk)
count += len(chunk)
if time.time() - time1 > 2:
p = count / length * 100
speed = (count - count_tmp) / 1024 / 1024 / 2
count_tmp = count
print(name + ': ' + '{:.2f}'.format(p) + '%')
time1 = time.time()
print(name + ': 100%')
f.close()
def extractZipFile(self, zfile, folder):

self.delTree(folder)

if not os.path.exists(folder):
os.makedirs(folder)
if platform.system() == 'Windows':
zip_file = zipfile.ZipFile(zfile)
zip_list = zip_file.namelist()
for item in zip_list:
print(item)
zip_file.extract(item, folder)
zip_file.close()
elif platform.system() == 'Linux':
if zfile.endswith('tar.gz'):
os.system('tar zxvf %s -C %s' % (zfile, folder))
elif zfile.endswith('tar.bz2'):
os.system('tar jxvf %s -C %s' % (zfile, folder))
elif zfile.endswith('.zip'):
os.system('unzip %s -d %s' % (zfile, folder))
return
def zipFolder(self, folder, zfile):
zip_filename = os.path.join(folder)
zip = zipfile.ZipFile(zfile, 'w', compression=zipfile.ZIP_BZIP2)
pre_len = len(os.path.dirname(folder))
for parent, dirnames, filenames in os.walk(folder):
for filename in filenames:
pathfile = os.path.join(parent, filename)
arcname = pathfile[pre_len:].strip(os.path.sep)
zip.write(pathfile, arcname)
zip.close()
return
def touchDir(self, d):
if not os.path.exists(d):
os.makedirs(d)
def gitUpdate(self, url, folder, branch = 'master'):
cwd = os.getcwd()
if os.path.exists(folder):
os.chdir(folder)
os.system('git pull origin')
if branch != 'master':
os.system('git checkout -b %s origin/%s' % (branch, branch))
os.system('git submodule init')
os.system('git submodule update')
else:
os.system('git clone %s %s' % (url, folder))
os.chdir(folder)
os.system('git submodule init')
os.system('git submodule update')
os.chdir(cwd)
def installEnv(self, folder):
env_path = folder
cwd = os.getcwd()
os.chdir(env_path)
self.touchDir(os.path.join(env_path, 'local_pkgs'))
self.touchDir(os.path.join(env_path, 'packages'))
self.touchDir(os.path.join(env_path, 'tools'))
self.gitUpdate('https://gitee.com/RT-Thread-Mirror/env.git', 'tools/script')
self.gitUpdate('https://gitee.com/RT-Thread-Mirror/packages.git', 'packages/packages')
kconfig = open(os.path.join(env_path, 'packages', 'Kconfig'), 'w')
kconfig.write('source "$PKGS_DIR/packages/Kconfig"')
kconfig.close()
os.chdir(cwd)
return
def pkgsUpdate(self, env_folder):
self.touchDir(env_folder)
self.installEnv(env_folder)
os.environ['PKGS_DIR'] = env_folder
os.system('python %s package --update' % (os.path.join(env_folder, 'tools', 'script', 'env.py')))
return
def delTree(self, folder):
if os.path.exists(folder):
shutil.rmtree(folder)
def delFile(self, file):
if os.path.exists(file):
os.remove(file)
def appendFile(self, srcFile, otherFile):
f = open(otherFile, 'r')
s = f.read()
f.close()
f = open(srcFile, 'a')
f.write(s)
f.close()
def copyTree(self, srcTree, dstTree):
if os.path.exists(dstTree):
shutil.rmtree(dstTree)
shutil.copytree(srcTree, dstTree)
def run(self, cmds):
cwd = os.getcwd()
cmds = cmds.split('n')
for item in cmds:
item = item.lstrip()
if item == '':
continue
if item[0] == '-':
os.system(item[1:].lstrip())

keep current directory

os.chdir(cwd)
return
if name == ' main ':
ci = CI()
env_folder = os.path.abspath(os.path.join('.', 'env_test'))

ci.pkgsUpdate(env_folder)

cmds = '''

test

• dir
• dir tools
  '''
  ci.run(cmds)
  下载gcc 交叉编译工具链： qemu-virt64-riscv 是 riscv64 平台
  $ python3 get_toolchain.py riscv64 就可以下载 riscv64 的 gcc 交叉编译工具链了

在 rt-thread/bsp/qemu-virt64-riscv 目录下创建 一个设置环境变量的 shell 脚本，如 smart_env.sh
#!/bin/bash

usage:

source smart-env.sh [arch]

example: source smart-env.sh # arm

example: source smart-env.sh aarch64 # aarch64

supported arch list

supported_arch="arm aarch64 riscv64 i386"
def_arch="unknown"

find arch in arch list

if [ -z $1 ]
then
def_arch="arm" # default arch is arm
else
for arch in $supported_arch
do
if [ $arch = $1 ]
then
def_arch=$arch
break
fi
done
fi

set env

case $def_arch in
"arm")
export RTT_CC=gcc
export RTT_EXEC_PATH=$(pwd)/tools/gnu_gcc/arm-linux-musleabi_for_x86_64-pc-linux-gnu/bin
export RTT_CC_PREFIX=arm-linux-musleabi-
;;
"aarch64")
export RTT_CC=gcc
export RTT_EXEC_PATH=$(pwd)/tools/gnu_gcc/aarch64-linux-musleabi_for_x86_64-pc-linux-gnu/bin
export RTT_CC_PREFIX=aarch64-linux-musleabi-
;;
"riscv64")
export RTT_CC=gcc
export RTT_EXEC_PATH=$(pwd)/tools/gnu_gcc/riscv64-linux-musleabi_for_x86_64-pc-linux-gnu/bin
export RTT_CC_PREFIX=riscv64-unknown-linux-musl-
;;
"i386")
export RTT_CC=gcc
export RTT_EXEC_PATH=$(pwd)/tools/gnu_gcc/i386-linux-musleabi_for_x86_64-pc-linux-gnu/bin
export RTT_CC_PREFIX=i386-unknown-linux-musl-
;;
*) echo "unknown arch!"
return 1
esac

export RTT_EXEC_PATH

export PATH=**PATH:**RTT_EXEC_PATH
echo "Arch => ${def_arch}"
echo "CC => ${RTT_CC}"
echo "PREFIX => ${RTT_CC_PREFIX}"
echo "EXEC_PATH => ${RTT_EXEC_PATH}"
设置 smart_env.sh 的执行权限 $ chmod +x smart_env.sh

下载 gcc 交叉编译工具链后， 在 rt-thread/bsp/qemu-virt64-riscv 运行

$ source smart_env.sh riscv64，即可设置 qemu-virt64-riscv 的 gcc 交叉编译工具链

编译 qemu-virt64-aarch64
配置好 gcc 交叉编译工具链后，就可以 scons 编译了
运行 qemu 无法启动
qemu-virt64-riscv 目录下有个 qemu-nographic.sh，可以在 Linux shell 里面直接运行

当前 qemu 启动失败，报如下的错误

zhangsz@zhangsz:~/rtt/smart/rtt_qemu_aarch64/qemu-virt64-riscv$ ./qemu-nographic.sh
qemu-system-riscv64: warning: No -bios option specified. Not loading a firmware.
qemu-system-riscv64: warning: This default will change in a future QEMU release. Please use the -bios option to avoid breakages when this happens.
qemu-system-riscv64: warning: See QEMU's deprecation documentation for details.
QEMU: Terminated

退出 qemu 的方法： CTRL + a 组合按一下，松开按键，再 按一下 x 键即可退出 qemu
qemu 更新解决启动问题

经过验证，确认 ubuntu 20.04 默认安装的 qemu 版本比较的老，需要更新最新的 qemu 版本，直接使用 sudo apt install qemu-system-riscv64 无法更新，只能手动更新。

解决方法：下载 qemu 的代码，手动编译更新 qemu，使用新版本的 qemu-system-riscv64

qemu 下载地址：可以再 github 上下载，注意拉取更新 git 子仓库

下载 qemu ： $ git clone https://github.com/qemu/qemu.git

qemu 编译依赖： $ sudo apt-get install git libglib2.0-dev libfdt-dev libpixman-1-dev zlib1g-dev ninja-build

qemu git 子仓库 ： $ git submodule update --init --force --recursive

编译 qemu 的方法

进入 qemu 目录
$ mkdir build
$ cd build
$ ../configure
$ make -j8

编译完 qemu 后，会在 生成目录，如 build 目录下，生成新版本的 qemu 系列工具，就是有点耗时。

zhangsz@zhangsz:~/rtt/qemu/build$ ./qemu-system-riscv64 --version
QEMU emulator version 7.2.90 (v8.0.0-rc0-27-g74c581b645-dirty)
Copyright (c) 2003-2022 Fabrice Bellard and the QEMU Project developers

把 qemu 新版本 qemu-system-riscv64 的执行路径，替换 qemu-virt64-riscv 中 qemu 的执行脚本中的 qemu-system-riscv64 即可。

我当前可以运行的脚本，把 qemu-system-riscv64 替换为 /home/zhangsz/rtt/qemu/build/qemu-system-riscv64，由于提示 网络设备部分参数不支持，我暂时先把网络设备部分去掉了
if [ ! -f "sd.bin" ]; then
dd if=/dev/zero of=sd.bin bs=1024 count=65536
fi
/home/zhangsz/rtt/qemu/build/qemu-system-riscv64 -nographic -machine virt -m 256M -kernel rtthread.bin
-drive if=none,file=sd.bin,format=raw,id=blk0 -device virtio-blk-device,drive=blk0,bus=virtio-mmio-bus.0
-device virtio-serial-device -chardev socket,host=127.0.0.1,port=4321,server=on,wait=off,telnet=on,id=console0 -device virtserialport,chardev=console0

运行 qemu 效果
zhangsz@zhangsz:~/rtt/smart/rtt_qemu_aarch64/qemu-virt64-riscv$ ./qemu-nographic.sh
OpenSBI v1.2

---

/ __ / | _ _ |
| | | | __ ___ _ __ | ( | | ) || |
| | | | '_ / _ '_ ___ | _ < | |
| | | | | ) | __/ | | | ** ) | | ) || |
_** /| . / _ | | | | /|____/ |
| |
|_|
Platform Name : riscv-virtio,qemu
Platform Features : medeleg
Platform HART Count : 1
Platform IPI Device : aclint-mswi
Platform Timer Device : aclint-mtimer @ 10000000Hz
Platform Console Device : uart8250
Platform HSM Device : ---
Platform PMU Device : ---
Platform Reboot Device : sifive_test
Platform Shutdown Device : sifive_test
Firmware Base : 0x80000000
Firmware Size : 212 KB
Runtime SBI Version : 1.0
Domain0 Name : root
Domain0 Boot HART : 0
Domain0 HARTs : 0*
Domain0 Region00 : 0x0000000002000000-0x000000000200ffff (I)
Domain0 Region01 : 0x0000000080000000-0x000000008003ffff ()
Domain0 Region02 : 0x0000000000000000-0xffffffffffffffff (R,W,X)
Domain0 Next Address : 0x0000000080200000
Domain0 Next Arg1 : 0x000000008fe00000
Domain0 Next Mode : S-mode
Domain0 SysReset : yes
Boot HART ID : 0
Boot HART Domain : root
Boot HART Priv Version : v1.12
Boot HART Base ISA : rv64imafdch
Boot HART ISA Extensions : time,sstc
Boot HART PMP Count : 16
Boot HART PMP Granularity : 4
Boot HART PMP Address Bits: 54
Boot HART MHPM Count : 16
Boot HART MIDELEG : 0x0000000000001666
Boot HART MEDELEG : 0x0000000000f0b509
heap: [0x802bbcb8 - 0x842bbcb8]
| /

RT - Thread Smart Operating System
/ | 5.0.0 build Mar 19 2023 16:40:43
2006 - 2022 Copyright by RT-Thread team
lwIP-2.0.3 initialized!
[I/sal.skt] Socket Abstraction Layer initialize success.
[I/utest] utest is initialize success.
[I/utest] total utest testcase num: (0)
file system initialization done!
Hello RISC-V

qemu 支持 elm fat 文件系统
运行 qemu 后，发现 ls 提示找不到文件，查看代码，发现没有 mnt 文件挂载的操作，所以从其他的bsp 中，如 qemu-virt64-aarch64 copy 过来一份 mnt.c，重新编译。

第一次运行 qemu 会生成 sd.bin，这个 sd.bin 为 RAW 格式的，可以使用 Linux shell 命令：mkfs.fat sd.bin，格式化为 fat 格式，这样就可以正常的在RT-Thread 中挂载了

就可以支持 elm fat 格式的文件系统了。

小结
由于 ubuntu 20.04 默认安装的 qemu qemu-system-riscv64 版本较低，所以需要手动更新 qemu-system-riscv64 版本到最新，可以通过 qemu git 仓库手动编译

当前 RT-Thread master 分支的 qemu-virt64-riscv 跑的是 RT-Thread，而不是 RT-Thread Smart，切换为 RT-Thread Smart，当前只需要配置使用 RT-Thread Smart 配置选项即可！

后面尝试 把 RT-Thread 提供的 userapps 编译后，放到 qemu 中 RT-Smart 的文件系统中，运行用户态程序。