# QEMU 模拟器

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乐鑫维护了一个 QEMU 模拟器的 分支，支持 ESP32-S3。这个分支实现了对 ESP32-S3 的 CPU、内存和多个外设的模拟。更多有关 ESP32-S3 的 QEMU 的信息，请参阅 QEMU README 文档。

idf.py 支持在 QEMU 中运行和调试应用程序，因此不必将应用程序烧录到真实硬件中，也可以便捷地进行测试。

## 先决条件

要使用 `idf.py` 和 QEMU，首先需要安装上述 QEMU 分支。ESP-IDF 为 x86_64、 arm64 版本的 Linux 和 macOS，以及 x86_64 Windows 提供了预构建的二进制文件。在 Linux 和 macOS 中使用预构建的二进制文件之前，请先安装系统依赖项：

- Ubuntu 和 Debian:

    sudo apt-get install -y libgcrypt20 libglib2.0-0 libpixman-1-0 libsdl2-2.0-0 libslirp0

- CentOS:

    sudo yum install -y --enablerepo=powertools libgcrypt glib2 pixman SDL2 libslirp

- Arch:

    sudo pacman -S --needed libgcrypt glib2 pixman sdl2 libslirp

- macOS:

    brew install libgcrypt glib pixman sdl2 libslirp

然后使用以下命令来安装预构建的二进制文件：

    python $IDF_PATH/tools/idf_tools.py install qemu-xtensa qemu-riscv32

安装完 QEMU，请在 ESP-IDF 目录中运行 `. ./export.sh`，从而确保 QEMU 已被添加到 PATH 中。

如果使用的平台不同，则需要从源代码构建 QEMU。请参考官方 QEMU 文档。

## 用法

### 运行应用程序

请使用以下命令，在 QEMU 中运行 IDF 应用程序：

    idf.py qemu monitor

此命令可用于构建应用程序、启动 QEMU 、打开 IDF 监视器，并将 IDF 监视器连接到模拟的 UART 端口。你可以看到应用程序的控制台输出并与之交互。IDF 监视器还能对 panic 回溯以及对 UART 主存转储进行自动解码。

### 调试

请使用以下命令，在 QEMU 中调试应用程序：

    idf.py qemu gdb

此命令能构建应用程序，启用 GDB 服务器，并启动 QEMU，开启交互式 GDB 会话。这样就能像在真实的硬件上一样，通过 GDB 调试应用程序。

如需在 QEMU 中调试的同时查看控制台输出，可使用两个终端。

- 在第一个终端中运行：

      idf.py qemu --gdb monitor

  此命令可启动 QEMU 和 IDF 监视器，并告知 QEMU 等待 GDB 连接。

- 在第二个终端中运行：

      idf.py gdb

  此命令可开启交互式 GDB 会话，并将其连接到 QEMU。现在可以调试应用程序，并在第一个终端中看见控制台输出。

也可以在不使用 IDF 监视器的情况下运行 QEMU：

    idf.py qemu

使用该命令不会启动 IDF 监视器，可直接与 QEMU 进程进行交互。按下 Ctrl-A 快捷键，可以在模拟的 UART 控制台和 QEMU 控制台（“QEMU 监视器”）之间切换。例如，想要退出 QEMU，可以使用 Ctrl-A 快捷键，然后键入 `q` 并按 Enter 键。还可以使用 QEMU 控制台输入命令，例如可用于检查寄存器和内存。

### 图形支持

QEMU 支持虚拟帧缓冲设备。帧缓冲设备在真实的 ESP32-S3 硬件中并不存在，但可以用于在 QEMU 中测试图形应用程序。

请使用以下命令，启动带有虚拟帧缓冲设备的 QEMU：

    idf.py qemu --graphics monitor

当启用 `--graphics` 选项时，QEMU 会打开一个额外的窗口，显示帧缓冲内容。

要在应用程序中使用虚拟帧缓冲设备，可以将 espressif/esp_lcd_qemu_rgb 组件添加到项目中。此组件为虚拟帧缓冲设备提供了一个与 esp_lcd 兼容的驱动程序。

### eFuse 仿真

QEMU 支持 eFuse 的仿真，可用来测试安全启动和 flash 加密等与安全相关的功能，而无需在真实硬件上执行不可逆操作。更多详细信息，请参考 QEMU 文档。

使用 idf.py eFuse 相关命令来编程 eFuse。当这些命令与 `qemu` 命令一起运行时，eFuse 会在 QEMU 中编程，同时更新 `qemu_efuse.bin` 文件。例如，

    idf.py qemu efuse-burn SPI_BOOT_CRYPT_CNT 1
    idf.py qemu efuse-burn-key BLOCK my_flash_encryption_key.bin KEYPURPOSE

有关 `BLOCK` 和 `KEYPURPOSE` 的详细信息，请参阅 flash 加密 指南。

如需导出 eFuse 概要，使用以下命令：

    idf.py qemu efuse-summary

默认情况下，eFuse 的值从编译文件夹里的 `qemu_efuse.bin` 文件中读取和写入。也可以使用 `--efuse-file` 选项指定不同的文件。例如，

    idf.py qemu --efuse-file my_efuse.bin efuse-burn SPI_BOOT_CRYPT_CNT 1
    idf.py qemu --efuse-file my_efuse.bin monitor

### 指定 flash 映像

默认情况下，QEMU 使用构建目录中的 `qemu_flash.bin` 文件作为 flash 映像。该文件是根据构建目录中 `flash_args` 文件提供的项目信息生成的。如果想使用其他 flash 映像，可通过 `--flash-file` 选项进行指定。例如:

    idf.py qemu --flash-file my_flash.bin monitor

所提供的 flash 映像必须满足以下要求，以确保正确模拟：

- flash 文件大小与项目配置中 CONFIG_ESPTOOLPY_FLASHSIZE 的指定值相同。

- flash 文件包括所有必需的二进制文件，如引导加载程序、分区表和应用程序固件，这些文件位于各自的内存偏移量处。

### 传递额外参数给 QEMU

可以使用 `--qemu-extra-args` 选项直接向 QEMU 传递额外参数。这在需要启用 QEMU 的高级功能或调试选项时非常有用。例如：

    idf.py qemu --qemu-extra-args="-d in_asm,cpu" monitor

该命令会以指定的额外参数启动 QEMU。你可以通过此选项传递任何有效的 QEMU 命令行参数，例如启用调试输出、配置设备或其他高级功能。

如需查看更多可用参数，请参考 QEMU 官方文档，或运行 `idf.py qemu --help`。

### 模拟安全启动

QEMU 支持模拟安全启动 v2 机制。请保持 CONFIG_SECURE_BOOT_FLASH_BOOTLOADER_DEFAULT 处于启用状态，将签名的引导加载程序镜像嵌入到 QEMU 的镜像文件中。

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