Émulation Raspberry Pi OS 32 bits sur un hôte amd64 - Qemu - carte versatilepb


Mise à jour :

Hôte : Debian 11.1/ Bullseye amd64

Invité : RaspBerry PI 3/4 OS 32 bits - Debian 10.9 - qemu Version 6.1

L'objectif est d'émuler sur un PC amd64, un OS RaspBerry Pi 3/4 32 bits.

La méthode utilisée est celle décrite sur le site https://github.com/dhruvvyas90/qemu-rpi-kernel :

  • Elle utilise la plateforme qemu versatilepb en version armhf (32 bits)
  • et fait appel pour l'amorçage à un noyau et un DTB (Device Tree Blob) également disponibles sur le site

Sommaire

  • Émulation RaspBerry Pi OS 32 bits sur un hôte amd64 - Qemu - carte versatilepb
  • 1 - Carte versatilepb
  • 2 - Installation
    • 2.1 - qemu
    • 2.2 - image Raspberry Pi OS
    • 2.3 - kernel-qemu
  • 3 - Lancement de l'émulation
  • 4 - Utilisation
  • Annexe - Script d'installation et de lancement

1 - Carte versatilepb

  • La carte versatilepb intègre

    • un contrôleur de disque SCSI

    • une carte Ethernet

    • un affichage graphique

  • Pour plus d'information, se reporter à la documentation qemu : https://qemu.readthedocs.io/en/latest/system/arm/versatile.html

2 - Installation

2.1 - qemu

  • Installer qemu-system-arm et noter le numéro de version. Ci-dessous on utilise la version buster-backports

$ sudo aptitude install -t bullseye-backports qemu-system-arm
$ qemu-system-arm --version
QEMU emulator version 6.1.0 (Debian 1:6.1+dfsg-6~bpo11+1)
Copyright (c) 2003-2021 Fabrice Bellard and the QEMU Project developers
  • Vérifier la présence la "machine" versatilepb
$ qemu-system-arm -machine help |grep versatilepb
versatilepb          ARM Versatile/PB (ARM926EJ-S)
  • Vérifier la présence du processeur arm1176
$ qemu-system-arm -M versatilepb -cpu help |grep arm1176
  arm1176

2.2 - image Raspberry Pi OS

  • Télécharger et décompresser une image Raspberry PI OS 32 bits, ci-dessous l'image Buster armhf lite (32 bits)

$ RASP_OS=2021-05-07-raspios-buster-armhf-lite.img
$ RASP_URL=http://downloads.raspberrypi.org/raspios_lite_armhf/images/raspios_lite_armhf-2021-05-07/$RASP_OS.zip
$ wget $RASP_URL
$ unzip $RASP_OS.zip
  • S'il est prévu des modifications importantes de l'image, agrandir l'image disque et la partition racine
$ truncate -s 8GiB $RASP_OS.img
$ sudo parted $RASP_OS.img resizepart 2 100%
$ sudo losetup --show -P /dev/loop99 $RASP_OS.img
/dev/loop99
$ sudo e2fsck -f /dev/loop99p2
$ sudo resize2fs /dev/loop99p2
$ sudo parted $PART_OS.img print free
...
Number  Start   End     Size    Type     File system  Flags
        16,4kB  4194kB  4178kB           Free Space
 1      4194kB  273MB   268MB   primary  fat32        lba
 2      273MB   8590MB  8317MB  primary  ext4
$ sudo losetup -d /dev/loop99

2.3 - kernel-qemu

  • Télécharger les fichiers kernel-qemu et dtb (Device Tree Binary)

$ DTB=versatile-pb-buster-5.4.51.dtb 
$ KERNEL=kernel-qemu-5.4.51-buster 
$ wget https://github.com/dhruvvyas90/qemu-rpi-kernel/raw/master/{$DTB,$KERNEL}

  • Alternativement, cloner le dépôt

    dhruvvyas90/qemu-rpi-kernel
$ git clone https://github.com/dhruvvyas90/qemu-rpi-kernel
Clonage dans 'qemu-rpi-kernel'...
.......

et récupérer les fichiers souhaités parmi ceux téléchargés dans le répertoire qemu-rpi-kernl

$  ls qemu-rpi-kernel/
kernel-qemu-3.10.25-wheezy   kernel-qemu-5.4.51-buster  versatile-pb-buster-5.4.51.dtb
kernel-qemu-4.14.79-stretch  native-emulation           versatile-pb-buster.dtb
kernel-qemu-4.19.50-buster   README.md                  versatile-pb.dtb
kernel-qemu-4.4.34-jessie    tools

3 - Lancement de l'émulation

  • Lancer la commande suivante depuis la console et le répertoire où ont été téléchargés les fichiers
$ RASP_OS=2021-05-07-raspios-buster-armhf-lite
$ DTB=versatile-pb-buster-5.4.51.dtb 
$ KERNEL=kernel-qemu-5.4.51-buster

$ qemu-system-arm \
-M versatilepb \
-cpu arm1176 \
-m 256 \
-drive "file=$RASP_OS.img,if=none,index=0,media=disk,format=raw,id=disk0" \
-device "virtio-blk-pci,drive=disk0,disable-modern=on,disable-legacy=off" \
-net nic \
-net "user,hostfwd=tcp::5022-:22" \
-dtb $PWD/$DTB \
-kernel $PWD/$KERNEL \
-append 'root=/dev/vda2 panic=1' \
-no-reboot \
-serial stdio
  • Options

    • Dans le cas de la machine versatilepb utilisée ici

      • la taille mémoire (option -m) est au maximum de 256MB

      • le nombre de cœurs est limité à un

    • Les chemins des fichiers des options -dtb et -kernel doivent être absolus d'où l'utilisation de $PWD

    • Noter que le nom de périphérique dans l'option -append est /dev/vda2 (et non /dev/sda2)

    • Noter l'ajout de l'option -net nic (pour créer l'interface internet)

    • L'option -serial stdio est facultative : elle permet de rediriger la sortie standard sur la console courante d'où a été lancé la commande d'émulation

    • L'option -net user,hostfwd=tcp::5022-:22 redirige le port ssh (22) au port local 5022.

4 - Utilisation

  • Login et Mot de passe : pi et raspberry - Attention la console émulée est en qwerty! Mais pas la sortie standard sur la console courante

  • L'accès ssh depuis l'hôte s'effectue avec ssh pi@localhost -p5022 : le service ssh doit avoir été activé sur l'invité : sudo systemctl start ssh

  • sudo est disponible, pour passer la langue et le clavier en français :
$ sudo apt install debconf   # qui fournit dpkg-reconfigure
$ sudo dpkg-reconfigure locales
$ sudo dpkg-reconfigure keyboard-configuration
$ sudo dpkg-reconfigure console-setup
  • Pour changer le mot de passe utilisateur :
$ passwd

  • Machine et noyau

$ uname -m
armv6l
$ uname -a
Linux raspberrypi 5.4.51 #1 Sat Aug 8 23:28:32 +03 2020 armv6l GNU/Linux
  • OS
$ cat /etc/debian_version
10.9
$ cat /etc/issue
Raspbian GNU/Linux 10 \n \l
  • Table de montage
$ cat /etc/fstab
proc            /proc           proc    defaults          0       0
PARTUUID=907af7d0-01  /boot           vfat    defaults          0       2
PARTUUID=907af7d0-02  /               ext4    defaults,noatime  0       1
# a swapfile is not a swap partition, no line here
#   use  dphys-swapfile swap[on|off]  for that
  • Liste des sources
$ cat /etc/apt/sources.list
deb http://raspbian.raspberrypi.org/raspbian/ buster main contrib non-free rpi
# Uncomment line below then 'apt-get update' to enable 'apt-get source'
#deb-src http://raspbian.raspberrypi.org/raspbian/ buster main contrib non-free rpi
  • Mémoire
$ free -h
              total        used        free      shared  buff/cache   available
Mem:          242Mi        19Mi       173Mi       4,0Mi        49Mi       172Mi
Swap:          49Mi          0B        49Mi
  • Disque, partitions et systèmes de fichier
$ lsblk -f
NAME FSTYPE LABEL UUID                                 FSAVAIL FSUSE% MOUNTPOINT
mtdblock0
                                                                      
vda                                                                   
├─vda1
│    vfat   boot  4AD7-B4D5                             198,7M    21% /boot
└─vda2
     ext4   rootfs
                  2887d26c-6ae7-449d-9701-c5a4018755b0    4,4M    93% /
  • Réseau
$ ip link
1: lo: <LOOPBACK,UP,LOWER_UP> mtu 65536 qdisc noqueue state UNKNOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/loopback 00:00:00:00:00:00 brd 00:00:00:00:00:00
2: eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP,LOWER_UP> mtu 1500 qdisc pfifo_fast state UNKNOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ether 52:54:00:12:34:56 brd ff:ff:ff:ff:ff:ff
3: tunl0@NONE: <NOARP> mtu 1480 qdisc noop state DOWN mode DEFAULT group default qlen 1000
    link/ipip 0.0.0.0 brd 0.0.0.0
  • Réseau
$ ip route
default via 10.0.2.2 dev eth0 proto dhcp src 10.0.2.15 metric 202 
10.0.2.0/24 dev eth0 proto dhcp scope link src 10.0.2.15 metric 202
  • Mise à jour (au préalable s'assurer qu'il y a une place suffisante sur l'image,)
$ sudo apt update
$ sudo apt ugrade

etc ....

Annexe - Script d'installation et de lancement

Exemple de script enchaînant les commandes indiquées ci-dessus

#!/usr/bin/env bash

# OS raspberry lite
RASP_OS=2020-08-20-raspios-buster-armhf-lite
RASP_URL=http://downloads.raspberrypi.org/raspios_lite_armhf/images/raspios_lite_armhf-2020-08-24/$RASP_OS.zip

# OS raspberry desktop
#RASP_OS=2020-05-27-raspios-buster-full-armhf
#RASP_URL=http://downloads.raspberrypi.org/raspios_full_armhf/images/raspios_full_armhf-2020-05-28/$RASP_OS.zip

# DTB (Device Tree Binary) et Kernel qemu
DTB=versatile-pb-buster-5.4.51.dtb
DTB_URL=https://github.com/dhruvvyas90/qemu-rpi-kernel/raw/master/$DTB

KERNEL=kernel-qemu-5.4.51-buster
KERNEL_URL=https://github.com/dhruvvyas90/qemu-rpi-kernel/raw/master/$KERNEL

# Demander droits root
sudo true

# Supprimer le proxy
http_proxy=""

# Téléchargement image zip
if ! [[ -e "$RASP_OS.zip" ]]; then
  wget $RASP_URL || exit 2
fi

# Suppression image img existante ?  
if [[ -e "$RASP_OS.img" ]]; then
        read -p "Faut-il supprimer l'image existante oui/ ? "
                if [[ $REPLY = oui ]]; then
                         rm $RASP_OS
                 fi
fi        

# Création image si elle n'existe pas
if ! [[ -e "$RASP_OS.img" ]]; then
 unzip $RASP_OS.zip  || exit 3
       # Augmentation de la taille de la partition racine
          truncate -s 8GiB $RASP_OS.img
               sudo parted $RASP_OS.img resizepart 2 100%
          
    sudo losetup --show -P /dev/loop99 $RASP_OS.img
             sudo e2fsck -f /dev/loop99p2
        sudo resize2fs /dev/loop99p2
        sudo losetup -d /dev/loop99
fi

# Téléchargement des fichiers kernel-qemu et dtb
if ! [[ -e $DTB ]]; then 
      wget $DTB_URL || exit 4
fi

if ! [[ -e $KERNEL ]];then
     wget $KERNEL_URL || exit 5
fi

# Démarrage émulation ?
read -p "Démarrer l'émulation ? oui/"
if [[ $REPLY = oui ]]; then

qemu-system-arm \
-M versatilepb \
-cpu arm1176 \
-m 256 \
-drive "file=$RASP_OS.img,if=none,index=0,media=disk,format=raw,id=disk0" \
-device "virtio-blk-pci,drive=disk0,disable-modern=on,disable-legacy=off" \
-net nic \
-net "user,hostfwd=tcp::5022-:22" \
-dtb $PWD/$DTB \
-kernel $PWD/$KERNEL \
-append 'root=/dev/vda2 panic=1' \
-no-reboot \
-serial stdio

fi

exit