QEMU如何搭建樹莓派環境

# QEMU如何搭建樹莓派環境

## 前言

對于嵌入式開發者和Linux愛好者而言，樹莓派是一個極具吸引力的開發平臺。然而，受限于硬件資源或開發場景，有時我們需要在PC上模擬樹莓派環境。QEMU作為一款開源的硬件虛擬化工具，能夠完美模擬ARM架構環境，本文將詳細介紹如何使用QEMU搭建樹莓派模擬環境。

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## 一、準備工作

### 1.1 硬件/軟件需求
- **主機系統**：Linux（推薦Ubuntu/Debian）或macOS
- **必要組件**：
  - QEMU系統模擬器（`qemu-system-arm`）
  - 樹莓派內核鏡像（`kernel-qemu-*-raspbian`）
  - 樹莓派系統鏡像（Raspbian/Raspberry Pi OS）
  - 設備樹文件（`versatile-pb.dtb`）

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

# macOS (通過Homebrew)
brew install qemu

二、獲取必要文件

2.1 下載樹莓派鏡像

從官方獲取最新Raspberry Pi OS Lite鏡像（無桌面環境更節省資源）：

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 獲取內核與設備樹

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：不同鏡像版本需匹配對應的內核文件。

三、配置QEMU環境

3.1 鏡像擴容（可選）

原始鏡像僅約2GB，建議擴容：

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

3.2 啟動腳本準備

創建啟動腳本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

賦予執行權限：

chmod +x start_raspi.sh

參數說明：

四、首次啟動與配置

4.1 啟動模擬器

./start_raspi.sh

系統將啟動到登錄界面： - 默認用戶名：pi - 默認密碼：raspberry

4.2 文件系統擴展

sudo raspi-config

選擇 Advanced Options > Expand Filesystem

4.3 啟用SSH（可選）

sudo systemctl enable ssh
sudo systemctl start ssh

五、高級配置

5.1 圖形界面支持

若需啟動桌面環境： 1. 下載完整版鏡像（非Lite版本） 2. 修改啟動參數：

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

5.2 共享文件夾配置

# 主機端創建共享目錄
mkdir ~/share

# 啟動時添加參數：
-virtfs local,path=/home/user/share,mount_tag=share,security_model=mapped

在樹莓派內掛載：

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

六、常見問題解決

6.1 內核panic錯誤

現象：啟動時出現Kernel panic - not syncing
解決方案： - 檢查內核與鏡像版本匹配性 - 確認啟動參數中的root=設備號正確（可能是sda1/sda2）

6.2 網絡不可用

現象：無法ping通外網
解決方案：

sudo dhclient eth0

6.3 性能優化

• 啟用KVM加速（僅限x86主機）：

  
  -enable-kvm -machine virt
  

• 增加內存至512MB：

  
  -m 512
  

七、應用場景示例

7.1 交叉編譯測試

# 主機上編譯ARM程序
arm-linux-gnueabihf-gcc test.c -o test

# 通過共享文件夾傳輸到QEMU
./test

7.2 GPIO模擬

雖然QEMU無法真實模擬GPIO，但可通過設備模型測試邏輯：

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

結語

通過QEMU搭建樹莓派環境，開發者可以在不依賴實體硬件的情況下進行系統調試、應用開發和教學實驗。雖然存在性能損失和部分硬件功能限制，但其低成本和高靈活性的特點使其成為嵌入式開發的重要工具。隨著QEMU的持續更新，對樹莓派新特性的支持也將不斷完善。

資源推薦： - QEMU官方文檔 - Raspberry Pi Kernel Sources - QEMU-RPi項目 “`

（全文約1650字，實際字數可能因Markdown渲染略有差異）