【老师提案】QEMU 系统模拟模式分析

项目标题

QEMU 系统模拟模式分析

项目描述

QEMU 系统模拟模式可以在主机上模拟出与主机指令集架构、外设完全不同的的整套目标机系统，并在其上运行 bootloader、操作系统及用户态程序等。

本项目以 RISC-V 为例，分析 qemu-system-riscv64 的执行流程，并按照 QEMU 模块划分分别进行分析：

命令行参数及其解析
事件循环机制
VCPU 线程机制
内存模拟
MMU / TLB 实现
中断与异常
Tiny Code Generator（TCG）前端
Tiny Code Generator（TCG）后端
设备模型
机器创建及初始化
串口设备模拟前端、后端
网口设备模拟前端、后端
SD 卡模拟前端、后端

项目难度

困难

项目社区导师

Bin Meng <bmeng@tinylab.org>

项目产出要求

连载文档和视频分享

项目技术要求

Linux / Windows 基本操作
熟悉 QEMU 模拟器系统级仿真模式
熟悉 RISC-V 架构基础指令集（IMAFDC），特权级规范

相关的开源软件仓库列表

QEMU: https://gitee.com/mirrors/qemu

有关 QEMU 的课程资料：
从零开始的RISC-V模拟器开发·第一季·2021春季
https://www.bilibili.com/video/BV12Z4y1c74c

@a74731248

因个人时间安排冲突，退出项目

提交考核任务PR，分析了指令解码模块的运行逻辑

提交qemu-system-decode-analyse-v1修订稿PR

拟定项目计划书初稿：

一、需求分析

交付要求
本项目的主要产出要求为连载文档和视频分享。
技术路径
（1）基于 QEMU v8.0.0 源码编译得到相应版本的 qemu-system-riscv64 文件
（2）参考文章《QEMU启动方式分析（1）：QEMU及RISC-V启动流程简介》中的思路，在 qemu-system-riscv64 上引导 Linux 内核启动
（3）使用 IDA 对 qemu-system-riscv64 进行动态调试
（4）结合源码，按照各模块运行顺序分析执行流程和代码逻辑
选题规划
选题总体按照项目描述中各模块1篇文章的计划进行。其中 TCG 模块预计输出3篇文章，分别分析前端、后端以及 TCG 整体的模拟执行机制；串口、网口和SD卡等设备的模拟模块根据实际情况，可能拆分为前端、后端各1篇文章。

二、时间安排

项目计划按照一周的时间粒度推进，每周产出1篇或2篇文章并完成上周提交的 PR 的修订工作，具体安排如下：

7.3-7.9：在 qemu-system-riscv64 上引导 Linux 内核启动，分析 QEMU 的参数解析机制
7.10-7.16：分析 QEMU 事件循环机制
7.17-7.23：分析 QEMU VCPU 线程机制
7.24-7.30：分析 QEMU 内存模拟机制
7.31-8.6：分析 QEMU MMU/TLB 实现机制
8.7-8.13：分析 QEMU 中断与异常机制
8.14-8.27：分析 QEMU TCG 模块
8.28-9.3：分析 QEMU 设备模型
9.4-9.10：分析 QEMU 机器创建及初始化机制
9.11-9.17：分析 QEMU 串口设备模拟机制
9.18-9.24：分析 QEMU 网口设备模拟机制
9.25-9.30：分析 QEMU SD 卡模拟机制

提交qemu-system-parameters-v0初稿PR，分析了 QEMU 参数解析机制

提交qemu-system-parameters-v1修订稿PR

提交 qemu-system-event-loop-part1-v0 初稿 PR，分析了 QEMU 事件循环机制的基础：glib 事件循环机制

推送 qemu-system-event-loop-part1-v0 修订

能否整个特权指令的分析，好奇特权指令是怎么模拟的，还是通过tcg吗？

提交 qemu-system-event-loop-part2-v0 初稿 PR，分析了 QEMU 事件循环机制的基本组成与运行原理

提交 qemu-system-event-loop-part3-v0 初稿 PR，分析了 QEMU 下半部（Bottom Halves，BH）机制

提交 qemu-system-device-model-part1-v0 初稿 PR，从设备生命周期的角度初步分析了 QEMU 设备模型

提交 qemu-system-device-model-part2-v0 初稿 PR，分析了 QEMU 中面向对象的设备管理机制

泰晓科技 / RISCV-Linux

内容风险标识