本記事は2020/09/29に公開した記事を 「TOPPERS Advent Calendar 2020」 向けに再試・編集したものです．
はじめに
QEMUをmacOSでソースビルドしたよっ！というお話しです．ちょっとした事情に特化してますが，macOSでソースビルドを頑張りたい方は，たぶん全般で参考になるかと思います．
ただし筆者の環境で実施した結果なので，他の方だとライブラリなど追加で必要になるかもしれません．もし追試された方がいましたら，コメント欄などで情報をお知らせください．
きっかけ
TOPPERS開発者会議2020に参加しました．例年は湯河原温泉が楽しみなのですが，オンライン開催で残念な感じでした．
２日目セッションの @exshonda 先生の企画された議論7「3. QEMUを用いたTOPPERS第3世代RTOSの実行ハンズオン」が面白かったです．仮想環境でTOPPERS第３世代カーネルが実行できるということで，実機無しでさくっとTOPPERSカーネルを楽しめます．なおこのQEMUは本家v2.12.0をTOPPERS向けにカスタマイズしたものになっているそうです．
Releaseで配布されているバイナリおよび動作確認環境は「Ubuntu 18.04 LTS(WSL含む)」になっていました．
$ wget https://github.com/toppers/qemu_zynq/releases/download/v2.12.0-toppers/qemu-system-arm.zip
$ unzip qemu-system-arm.zip
$ file qemu-system-arm
qemu-system-arm: ELF 64-bit LSB pie executable, x86-64, version 1 (GNU/Linux), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, for GNU/Linux 3.2.0, BuildID[sha1]=8b54e713de29f12c039669b6e3ad02a7c6410319, stripped
mac使いとしてはそりゃツラいよということで，ソースビルドを試みて使えるようにしてみました．
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ちなみに TOPPERSプロジェクト 箱庭WG では，athrillという命令レベルの仮想シミュレータの開発・公開を行っています！
この記事で取り上げているQEMUと実は競合するってウワサもあるんですが,,, TOPPERS純正でお気軽にカーネルを動かしてみたい！という方は，ぜひ使ってみてください^^;
- athrillとは - TOPPERSプロジェクト
- athrill(アスリル) を使用して TOPPERS OS(ASP3) をデバッグ - Qiita
- WSLでマイコンシミュレータ環境(athrill)をつくる - Qiita
- AthrillのDockerコンテナ最小化手順 - Qiita
ビルド環境・動作確認環境
- macOS Catalina (10.15.6)
- xcode-select version 2373
- brew 2.6.1
ビルド作業
追加で必要だったもの
ひとまずGitHubからcloneしてビルドしようとしてみたところ，以下のエラーが出力されました．
$ git clone -b stable-2.12_toppers https://github.com/toppers/qemu_zynq.git
$ cd qemu_zynq
$ mkdir build
$ cd build
# 最初に試行したときのエラー
$ ../configure
ERROR: glib-2.22 gthread-2.0 is required to compile QEMU
# glibをインストールしてから試行したときのエラー
$ ../configure
ERROR: pixman >= 0.21.8 not present.
Please install the pixman devel package.
それぞれに対応して，glibをソースビルド，pixmanをbrewでインストールしました．
$ wget http://ftp.gnome.org/pub/gnome/sources/glib/2.47/glib-2.47.4.tar.xz
$ tar xzf glib-2.47.4.tar.xz
$ cd glib-2.47.4
$ ./configure --prefix=/usr/local
$ make
$ make install
$ brew install pixman
なお，参考にした下記ページによると，glibのソースビルドにはgettextやlibxml2などいろいろ必要そうです．brewでインストールできる気がします（たぶん筆者はROSのために入れてあった気がする）
QEMUのビルド
必要なパッケージ・ライブラリが揃ったはずなので，make を掛けていきます．
$ cd qemu_zynq/build
$ cd build
$ ../configure --target-list=arm-softmmu
$ make
ビルドされたQEMUは arm-softmmu/qemu-system-arm です．
/usr/local/binなどPATHの通るところに置いておきましょう．
$ file arm-softmmu/qemu-system-arm
arm-softmmu/qemu-system-arm: Mach-O 64-bit executable x86_64
$ cd arm-softmmu/qemu-system-arm /usr/local/bin/
その他に必要なもの
クロスコンパイラ
組込みなのでTOPPERSカーネル＋アプリのビルドにarm-none-eabiが必要です．brewでインストールします．
$ brew tap ArmMbed/homebrew-formulae
$ brew install arm-none-eabi-gcc
$ which arm-none-eabi-gcc
/usr/local/bin/arm-none-eabi-gcc
$ arm-none-eabi-gcc --version
arm-none-eabi-gcc (GNU Tools for Arm Embedded Processors 9-2019-q4-major) 9.2.1 20191025 (release) [ARM/arm-9-branch revision 277599]
Copyright (C) 2019 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions. There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
gdbデバッガ
もともとの動作確認環境「Ubuntu 18.04 LTS(WSL含む)」ではgdb-multiarchを使用します．
macOSではbrewでインストールできるgdbで問題ありませんでした．
$ brew install gdb
$ which gdb
/usr/local/bin/gdb
$ gdb --version
GNU gdb (GDB) 9.2
Copyright (C) 2020 Free Software Foundation, Inc.
License GPLv3+: GNU GPL version 3 or later <http://gnu.org/licenses/gpl.html>
This is free software: you are free to change and redistribute it.
There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.
Makefileの編集
gdbの使用に合わせて，もともとの編集内容からちょっとだけ修正する必要があります．
2つめの gdb: のコマンドを gdb-multiarch から gdb に変更してください．
runqd:$(OBJFILE)
$(QEMU) -M xilinx-zynq-a9 -m 16 -serial null -serial mon:stdio -S -gdb tcp::1234 -nographic
gdb:$(OBJFILE)
gdb -ex="target remote :1234" -ex="monitor system_reset" -ex="load" $(OBJFILE)
おわりに
もう他の操作は，もともとの動作確認環境「Ubuntu 18.04 LTS(WSL含む)」と同じです．
ぜひQEMUでTOPPERSを試してみてください！！