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vexpress-a9 in qemu/Fedora-44

21 Jun 2026

vexpress-a9

最近打算重拾起嵌入式开发，由于最近几年折腾 qemu/KVM ，先搜索是否可以基于 qemu 虚拟机来学习从 0 构建嵌入式 Linux。 搜到 vexpress-a9

buildroot

然后也搜到 buildroot：Buildroot是Linux平台上一个开源的嵌入式Linux系统自动构建框架。整个 Buildroot 是由 Makefile 脚本 和 Kconfig 配置文件构成的。 你可以和编译 Linux 内核一样，通过 buildroot 配置，menuconfig修改，编译出一个完整的可以直接 烧写到机器上运行的Linux rootfs image。

现在 buildroot 已经成为嵌入式开发的主流工具，不用再像之前那样：去手工配置交叉编译工具链、下载构建各个组件去编译、组装。 buildroot 项目默认也包含了 vexpress-a9 板子

实操

搜索到的文档一般都是基于 debian/ubuntu ，而我用的还是 Fedora-44，不过应该都差不多。

安装依赖

首先安装依赖，跟 debian 区别不大：

sudo yum install -y make gcc g++ bzip2 cpio python3 unzip rsync wget ncurses-devel file bc
sudo yum install -y perl-Tk-devel perl-FindBin perl-IPC-Cmd

下载/clone buildroot

$ git clone https://gitlab.com/buildroot.org/buildroot.git
$ cd buildroot
$ make list-defconfigs
$ make list-defconfigs | grep vexpress
  qemu_arm_vexpress_defconfig         - Build for qemu_arm_vexpress
  qemu_arm_vexpress_tz_defconfig      - Build for qemu_arm_vexpress_tz

构建对应的板子的系统组件

make qemu_arm_vexpress_defconfig
make menuconfig   //optional
make

//case without bootloader, in qemu env: bootloader is optional, because qemu has init the cpu,ram and other devs

qemu-system-aarch64 -M vexpress-a9 \
    -kernel output/images/zImage \
    -dtb output/images/vexpress-v2p-ca9.dtb \
    -drive file=output/images/rootfs.ext2,if=sd,format=raw \
    -append "root=/dev/mmcblk0 console=ttyAMA0" \
    -nographic

//there is ‘clcd’ dev conflict in dts; we need remove clcd@1f000 from path/to/vexpress-v2m.dtsi:
//comment node ‘clcd@1f000’ with ‘#if 0 … #endif’ and
//disable port@1 in node dvi-transmitter@39

						port@1 {
							reg = <1>;
							status = "disabled";
							/* dvi_bridge_in_mb: endpoint {
								remote-endpoint = <&clcd_pads_mb>;
							}; */
						};

如上修改后，重新构建 dtb，就可以在图形窗口，看到小企鹅了

make linux-rebuild
qemu-system-aarch64 -M vexpress-a9 \
    -kernel output/images/zImage \
    -dtb output/images/vexpress-v2p-ca9.dtb \
    -drive file=output/images/rootfs.ext2,if=sd,format=raw \
    -append "root=/dev/mmcblk0 console=ttyAMA0 loglevel=7" -serial stdio

构建 U-Boot

#U-Boot 启动目前还有问题: 启动后，串口没有任何输出，不知道是不是 U-Boot 构建设置问题
#case with bootloader, run ‘make menuconfig’ again to enable U-Boot

make linux-menuconfig
—> #Kernel hacking -> Generic Kernel Debugging Instruments -> Debug Filesystem
make menuconfig
—> #Bootloaders -> U-boot -> Board defconfig: vexpress_ca9x4
—> #Bootloaders -> U-Boot -> U-Boot needs gnutls: yes
make

qemu-system-aarch64 -M vexpress-a9 -smp 1 -m 256 \
    -bios output/images/u-boot.bin \
    -drive file=output/images/rootfs.ext2,if=sd,format=raw \
    -net nic,model=lan9118 -net user \
    -nographic

构建 U-Boot 更新(2026-06-22)：

1. U-Boot 串口配置（使 U-Boot 能输出）

在 make uboot-menuconfig 中：ARM architecture –> ARM debug

  • 启用 Low-level debugging functions（DEBUG_LL=y）
  • 设置 Physical base address of debug UART = 0x10009000
  • 设置 Register offset shift = 2

原因:
U-Boot 默认没有启用早期调试输出，导致无法在串口上看到输出。启用 DEBUG_LL 后，U-Boot 在 gd 指针初始化之前就能通过串口输出调试信息。

2. U-Boot 加载地址（解决 U-Boot 无法执行的问题）

使用 -kernel 参数（ELF 文件）而不是 -bios 或 -device loader 来启动 U-Boot：

qemu-system-aarch64 -M vexpress-a9 -m 1024 \
    -kernel output/build/uboot-2026.04/u-boot \
    -drive file=output/images/rootfs.ext2,if=sd,format=raw \
    -net nic,model=lan9118 -net user \
    -serail stdio

原因:

  • bios 将 U-Boot 加载到 0x00000000，但 U-Boot 的入口点是 0x60800000，导致 CPU 从错误地址执行。
  • device loader 虽然将 U-Boot 加载到 0x60800000，但 CPU 仍然从 0x00000000 开始执行。
  • kernel 参数会自动解析 ELF 文件头，将代码加载到正确的地址（0x60800000）并自动设置 PC 到入口点，所以能正常工作。

3. 内核和设备树集成到 rootfs（使 U-Boot 能找到内核）

在 make menuconfig 中设置 Root filesystem overlay directories：
System configuration —>

  • (board/vexpress/rootfs-overlay) Root filesystem overlay directories

并在 board/vexpress/rootfs-overlay/boot/ 目录中放置：

  • zImage
  • vexpress-v2p-ca9.dtb

原因:
Buildroot 默认不将内核和设备树放入 rootfs.ext2。U-Boot 需要从 MMC 加载这些文件，因此需要将它们复制到根文件系统的 /boot 目录。

4. U-Boot 启动命令（在 U-Boot 命令行中手动启动）

在 U-Boot 命令行中执行：

ext2load mmc 0 0x60000000 /boot/zImage  
ext2load mmc 0 0x61000000 /boot/vexpress-v2p-ca9.dtb  
setenv bootargs 'console=ttyAMA0,115200 root=/dev/mmcblk0'  
bootz 0x60000000 - 0x61000000

原因:
U-Boot 的自动启动（bootcmd）默认尝试从 TFTP 加载内核，而不是从 MMC。需要手动指定从 /boot 目录加载内核和设备树，并设置正确的 bootargs。
注: bootz 的地址参数分别是上面ext2load mmc, kernel dtb 的加载地址

5. U-Boot 环境变量存储（解决 saveenv 失败和 .env 不生效的问题）

a. 在 make uboot-menuconfig 中切换存储介质：

Environment —>

  • ”[ ] Environment in flash memory” # 取消选中

  • ”[*] Environment in an MMC device” # 改为选中

  • (0x100000) Environment offset (CONFIG_ENV_OFFSET)

b. 在 make menuconfig –> Bootloaders –> U-Boot 设置

  • (board/vexpress/.env) Text file with default environment

c. mkdir -p board/vexpress

cat board/vexpress/.env 
bootargs=console=ttyAMA0,115200 root=/dev/mmcblk0
bootcmd=ext2load mmc 0 0x60000000 /boot/zImage; ext2load mmc 0 0x61000000 /boot/vexpress-v2p-ca9.dtb; bootz 0x60000000 - 0x61000000

最后，终于基于 u-boot.bin 也可以自动启动了:

qemu-system-aarch64 -M vexpress-a9 -m 1024 \
    -kernel output/build/uboot-2026.04/u-boot \
    -drive file=output/images/rootfs.ext2,if=sd,format=raw \
    -net nic,model=lan9118 -net user \
    -serial stdio

//ref: https://zhuanlan.zhihu.com/p/2032539553039434883

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