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现在在学习ARM64体系架构与编程，记录一下学习过程，防止遗忘。
主机：ubuntu20.04
教材：《ARM64体系架构与编程》

QEMU的作用

QEMU 是一款开源的机器模拟器和虚拟化工具。简单说，它能让你在电脑上模拟出另一台完整的电脑，用来运行不同的操作系统，甚至模拟出与你的电脑 CPU 架构完全不同的设备（比如在 x86 电脑上模拟 ARM 环境）。
他主要有两个用途：

1. 系统模拟：这是最常用的功能。它能在你的电脑上虚拟出一台完整的电脑（包含虚拟 CPU、内存、硬盘等），用来安装和运行Windows、Linux 等各种系统。如果配合硬件加速（如 Linux 下的 KVM），虚拟机性能可以接近原生速度。
2. 用户模式模拟：可以运行那些为其他 CPU 架构编译的程序。比如，在 x86 电脑上直接运行一个为 ARM 架构编译的 Linux 程序。

目前是使用QEMU模拟一个树莓派4B开发板，提供一个等效的软件模拟环境。
ubuntu是一个完整的 Linux 发行版。
qemu它是一个运行在操作系统之上的应用程序。它的作用是“扮演”另一台电脑，比如模拟出一颗 ARM64 处理器和树莓派的硬件。

最底层：你的 Windows 电脑。 中间层：VMware 虚拟机，里面运行着 Ubuntu。这是你的工作台。 上层：在 Ubuntu 里，你运行 QEMU。QEMU 模拟出一台“虚拟树莓派”。 最上层：在 QEMU 模拟的树莓派里，运行你编译的 BenOS 或 Linux 内核。

除了用双系统，在可以在windos上安装一个虚拟机，再使用书中提供的镜像包就可快速搭建开发环境。

如何安装QEMU

我是在双系统ubuntu20.04上安装。

1.下载安装工具和环境

1.这个命令是安装一套完整 ARM64 开发启动套件

sudo apt-get install qemu-system-arm libncurses5-dev gcc-aarch64-linux-gnu build-essential git bison flex libssl-dev

2.下载书中提供的BenOS的实验代码：

gitclone https://gitee.com/benshushu/arm64_programming_practice.git

3.进入实验2-1的开发目录：

cdarm64_programming_practice/chapter_2/lab01_hello_benos/BenOS

进入后执行 ls，你应该能看到 Makefile、src 等文件，这才是真正可以编译的 BenOS 代码。

4.编译：

make

5.make之后会生成benos.bin可执行文件，然后运行：

qemu-system-aarch64-machineraspi4-nographic-kernelbenos.bin

这时肯定会报错：因为提示类似 unsupported machine type 或找不到 raspi4，说明你装的官方 QEMU 版本不支持树莓派 4B。根据书中说明，Ubuntu 20.04 自带的 QEMU 4.2 需要打补丁并重新编译才能模拟树莓派 4B，作者提供的配套虚拟机镜像里才包含这个定制版 QEMU。

但是书中也提供了补丁包：

1. qemu-system-arm-pi4_4.1.50-3_without_GIC_amd64.deb 这是定制版 QEMU，用于模拟树莓派 4B。社区记录明确指出，搭建 QEMU 环境需要的就是这个包（以及 OpenOCD）。without_GIC
   表示它支持树莓派 4 的 Legacy 中断控制器版本，是实验 2-1、2-2 起步阶段应该先装的版本。
2. openocd-benos_1.0-3_amd64.deb OpenOCD 调试工具。实验 2-3（使用 J-Link 调试）会用到它，但你现在做实验 2-1/2-2 暂时用不到。可以先装着备用，或者等做到相关实验时再装。
3. qemu-system-arm-pi4_4.2.50-3_with_GIC_amd64.deb 这是带 GIC（通用中断控制器）支持的版本。根据资料，两个 QEMU 包不要同时安装，应该先装 without_GIC
   版本，等做到中断相关实验时，再根据课程讲解切换到 with_GIC 版本。你现在还在第二章，远没到中断，所以先别装这个。

6.卸载并清除掉官方版的 qemu-system-arm

sudoapt-getpurge qemu-system-arm

7.重新安装定制版QEMU：

sudodpkg-iqemu-system-arm-pi4_4.1.50-3_without_GIC_amd64.deb

8.验证安装是否成功

qemu-system-aarch64-machinehelp|grepraspi4

如果命令输出了 raspi4，就说明定制版 QEMU 已经成功安装并可以使用了。

9.回到2-1实验路径，

cd~/arm64_programming_practice/chapter_2/lab01_hello_benos/BenOS

10.运行

makerun

这条命令会调用 Makefile 里封装好的 QEMU 启动命令，等价于：

qemu-system-aarch64-machineraspi4-nographic-kernelbenos.bin

如果定制版 QEMU 安装成功，终端里应该直接输出：

Welcome BenOS!

到这一步实验2-1就完成了。
ctrl+A,X退出QEMU

aarch64-linux-gnu-gcc ldr_basic.S-oldr_basic--staticqemu-aarch64 ./ldr_basic

实验2-2：GDB调试

1.安装GDB

sudoaptinstallgdb-multiarch

整个调试过程需要打开两个终端，一个用来运行QEMU（作为被调试的“目标机”），另一个用来运行GDB（作为调试器）。
2.在终端1中，以调试模式启动QEMU

qemu-system-aarch64-machineraspi4-nographic-kernelbenos.elf-S-s

benos.elf文件在build文件夹内。

• -S：让QEMU在启动时暂停，等待GDB发出“继续”的指令，否则BenOS会直接跑完，你来不及调试。
• -s：这是一个简写，等价于 -gdb tcp::1234，意思是在本地的1234端口开启一个GDB调试服务器。

3.打开一个新的终端，同样进入BenOS的实验目录，然后启动GDB并加载 benos.elf：

gdb-multiarch--tuibenos.elf

（–tui 选项会开启一个简易的文本用户界面，能同时显示源码/汇编窗口和命令窗口，对调试很有帮助。）

4.进入GDB界面后，它会提示符 (gdb)。现在，输入以下命令来连接刚才启动的QEMU：

target remote localhost:1234

5.开始调试：
连接成功后，你就可以像调试普通程序一样操作了。一个典型的流程是：

设置断点：在BenOS的入口 _start 处设置一个断点。

b _start

继续运行：让程序从暂停处继续执行，它会停在刚才设置的断点处。

c

此时，GDB的代码窗口会高亮显示停在 _start 处的代码。终端1里原本卡住的QEMU也会开始输出，但会立刻停在断点位置。

单步执行：从断点处开始，逐条指令执行。你可以使用 s (step) 进入函数，或 n (next) 单步跳过函数调用。

s

每执行一步，GDB窗口的代码指示器会移动，终端1里QEMU的串口输出也会相应地一个字符一个字符地打印出 “Welcome BenOS!” 的内容，你可以直观地看到程序是如何一步一步执行的。

查看寄存器：随时可以查看当前所有寄存器的值。

info registers