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RT-Thread 为没有实体开发板的开发者提供了基于 QEMU 模拟 ARM VExpress A9 开发板的板级支持包（BSP），本文以 Ubuntu/Linux 为例，完整讲解从依赖安装、源码获取、Env 环境配置、软件包管理、编译运行到 Finsh 控制台与虚拟 SD 卡文件系统操作的全流程。读完本文，你可以在纯软件环境下编译出 RT-Thread 镜像，用 QEMU 启动一个带 UART、SD 卡、以太网、LCD、键盘和鼠标驱动的多核虚拟开发板，并亲自验证线程、定时器、文件系统等内核功能。

1 为什么要用 QEMU 跑 RT-Thread

嵌入式软件开发离不开开发板，在没有物理开发板的场景下，可以用 QEMU 这类跨平台虚拟化虚拟机来模拟开发板。QEMU 可以虚拟化多种开发板，RT-Thread 针对 QEMU 模拟的ARM VExpress A9开发板提供了一套完整的 BSP，位于 bsp/qemu-vexpress-a9。

根据 bsp/qemu-vexpress-a9/README.md 的说明，Versatile Express 系统由 ARM Ltd 提供，作为 Cortex-A9 四核处理器的开发环境；QEMU/VExpress A9 是对该 FPGA 开发板进行软件模拟的指令级虚拟机，可配置为单核 Cortex-A9、多核 Cortex-A9 乃至多核 Cortex-A15 等模式，并模拟出板上大多数外设。这套 BSP 对应的模拟硬件特性如下：

| 硬件 | 描述 | | -- | -- | | CPU | ARM Cortex-A9（单核，QEMU 脚本默认以 2 核 SMP 启动） | | 主频 | NA | | Memory | 128MB（0x60000000 - 0x68000000） |

从 drivers/board.c 中的内存描述表可以看到，BSP 将0x10000000-0x50000000映射为设备内存（DEVICE_MEM），将0x60000000-0x70000000映射为普通内存（NORMAL_MEM），这正是 VExpress A9 平台的外设与内存布局。该 BSP 已实现 LCD、键盘、鼠标、SD 卡、以太网卡、串口等驱动，支持的驱动清单同样见 bsp/qemu-vexpress-a9/README.md。

2 安装依赖库

在终端中执行以下命令安装全部依赖：

sudo apt install git gcc scons python3 python3-kconfiglib \ gcc-arm-none-eabi binutils-arm-none-eabi libstdc++-arm-none-eabi-newlib \ gdb-multiarch qemu-system-arm libncurses-dev

各包的作用与注意点：

• scons：RT-Thread 的构建工具，负责解析 SConscript 构建脚本并调用编译器；
• python3、python3-kconfiglib：scons --menuconfig配置界面依赖 kconfiglib 解析 Kconfig（注意：不要改用pip install kconfiglib，在较新的 Debian/Ubuntu 上 PEP 668 会将系统 Python 环境标记为 externally managed 而导致安装失败，且包名python3-kconfiglib由章节 1 的 apt 命令提供）；
• gcc-arm-none-eabi、binutils-arm-none-eabi：ARM 交叉编译工具链与二进制工具；
• libstdc++-arm-none-eabi-newlib：链接阶段必需。缺少它时构建会报cannot find -lsupc++，该报错不会直接提示缺失的包名。-lsupc++正是 rtconfig.py 中链接选项LFLAGS的一部分；
• gdb-multiarch：多架构调试器，配合qemu-dbg.sh做源码级调试；
• qemu-system-arm：ARM 系统模拟器本体；
• libncurses-dev：menuconfig 字符界面所需的 ncurses 库。

旧包名对照：较老的教程或发行版中包名有所不同，若提示包不存在，请对照下表：

旧包名	当前包名	原因
gdb-arm-none-eabi	gdb-multiarch	自 Debian 11 / Ubuntu 22.04 起已移除
qemu	qemu-system-arm	qemu元包已被拆分，只需安装 ARM 系统模拟器
libncurses5-dev	libncurses-dev	ncurses5过渡包已被移除

提示：qemu-system-arm也可以直接安装为sudo apt-get install qemu-system-arm，安装后用qemu-system-arm --version验证可用性。

3 获取 RT-Thread 源码

git clone https://github.com/RT-Thread/rt-thread.git

克隆完成后，QEMU BSP 位于源码树中的rt-thread/bsp/qemu-vexpress-a9/目录。

3.1 手动安装 GCC 交叉编译器（可选）

以下步骤仅在系统 apt 提供的编译器版本过旧、导致编译出错时才需要，通常不需要执行：

# 下载并解压到 /opt 目录（文件名与解压目录名随版本变化） wget https://armkeil.blob.core.windows.net/developer/Files/downloads/gnu-rm/6-2016q4/gcc-arm-none-eabi-6_2-2016q4-20161216-linux.tar.bz2 cd /opt sudo tar xf ~/gcc-arm-none-eabi-6_2-2016q4-20161216-linux.tar.bz2

安装后需要修改 bsp/qemu-vexpress-a9/rtconfig.py 中的编译器路径。现代版本的rtconfig.py已经默认：

EXEC_PATH = os.getenv('RTT_EXEC_PATH') or r'/usr/bin'

即优先读取环境变量RTT_EXEC_PATH，未设置时回退到/usr/bin。因此推荐两种做法：

• 使用发行版包管理器安装工具链（sudo apt install gcc-arm-none-eabi libstdc++-arm-none-eabi-newlib），工具链即位于/usr/bin，无需任何配置；
• 若使用 Arm 官方预编译工具链，设置环境变量export RTT_EXEC_PATH=/opt/<你的工具链目录>/bin即可，无需改动仓库文件。

另外 rtconfig.py 中PREFIX = os.getenv('RTT_CC_PREFIX') or 'arm-none-eabi-'，交叉编译前缀同样支持通过RTT_CC_PREFIX覆盖。该 BSP 采用 ARM Cortex-A 架构（ARCH='arm'、CPU='cortex-a'），编译标志为-march=armv7-a，产物为 ELF 格式，构建末尾通过objcopy自动生成 QEMU 启动所需的rtthread.bin（见 rtconfig.py）。

4 构建 QEMU 工程：环境配置

4.1 进入 BSP 目录

cd rt-thread/bsp/qemu-vexpress-a9/

4.2 将 python 命令映射为 python3

先使用whereis确认本机 python3 的版本，例如输出为 python 3.9，然后执行（请务必先确认路径与版本号再操作）：

sudo rm -rf /usr/bin/python3 sudo rm -rf /usr/bin/python sudo ln -s /usr/bin/python3.9 /usr/bin/python3 sudo ln -s /usr/bin/python3.9 /usr/bin/python

提示：删除系统python3再重建软链接属于有风险的系统级操作。若你的发行版默认已提供python3命令（现代 Ubuntu 基本都内置），可以跳过此步，直接验证python3 --version与scons --version可用即可。

4.3 初始化 Env 工具并进入配置界面

在bsp/qemu-vexpress-a9目录下执行：

scons --menuconfig

首次执行该命令会安装并初始化 Env 工具，随后进入 BSP 配置界面。你可以在配置界面中完成内核组件、驱动和在线软件包的选择：

操作说明：

• ↑/↓键：上下浏览菜单项；
• Enter键：进入选中目录；
• Space键：选中/取消布尔变量；
• Esc Esc：退出当前目录。

注意：请确保终端尺寸大于 80x24 字符，否则 menuconfig 界面会显示异常。

4.4 配置 BSP 并获取软件包

source ~/.env/env.sh scons --menuconfig pkgs --update

• ~/.env/env.sh是 Env 工具生成的环境脚本，执行它（source）后才能使用pkgs等命令；
• scons --menuconfig进入配置界面，此时可以勾选在线软件包；
• pkgs --update将勾选的软件包下载到 BSP 目录下的packages文件夹（需要已安装 git）。

以内核示例包中的semaphore sample（信号量示例）为例，在 menuconfig 中找到并勾选该包后保存退出，再执行pkgs --update即可拉取源码。配置项定义见 bsp/qemu-vexpress-a9/Kconfig：它依次引入 RT-Thread 根 Kconfig、packages/Kconfig（在线软件包菜单）以及drivers/Kconfig（BSP 驱动菜单），这正是 menuconfig 中各级菜单的来源。

小技巧：每次使用pkgs命令前都要source ~/.env/env.sh，比较繁琐。可以把该命令追加到~/.bashrc末尾，之后开新终端即可直接使用pkgs。

4.5 编译

scons

SConstruct与各目录下的SConscript构建脚本会被 scons 自动解析（例如 bsp/qemu-vexpress-a9/SConscript 会递归引入applications、drivers子目录的构建脚本）。编译成功后，BSP 目录下会生成：

• rtthread.elf：QEMU 运行所需的 ELF 目标文件（也可用于 gdb 调试）；
• rtthread.bin：由构建脚本通过 objcopy 从 ELF 转换而来的二进制镜像，QEMU 启动脚本实际加载的就是它；
• rtthread.map：链接映射文件，可查看符号布局。

5 QEMU BSP 目录结构介绍

QEMU BSP 位于 RT-Thread 源码bsp目录下的qemu-vexpress-a9文件夹，主要文件与目录如下：

从 applications/main.c 可以看到入口程序非常简单：main()中通过rt_kprintf("Hello RT-Thread!\n")输出一行信息，真正系统初始化由 RT-Thread 的启动流程完成。另外 applications/mnt.c 通过INIT_ENV_EXPORT(mnt_init)在系统环境初始化阶段自动尝试挂载 SD 卡上的 elm（FatFS）文件系统；若挂载失败，会自动执行dfs_mkfs格式化再重新挂载——这正是首次启动时系统自动格式化 SD 卡的源码依据。

6 编译与运行

6.1 编译

scons

编译正确无误后，BSP 目录生成rtthread.elf与rtthread.bin。

6.2 运行

./qemu.sh

以 bsp/qemu-vexpress-a9/qemu.sh 为例，脚本内容如下：

if [ ! -f "sd.bin" ]; then dd if=/dev/zero of=sd.bin bs=1024 count=65536 fi qemu-system-arm --version qemu-system-arm -M vexpress-a9 -smp cpus=2 -kernel rtthread.bin -serial stdio -sd sd.bin

要点解读：

• 首次运行会创建一块64MB（65536 x 1024 字节）的虚拟 SD 卡sd.bin；
• -M vexpress-a9：选择 VExpress A9 机器型号；
• -smp cpus=2：以2 核 Cortex-A9 对称多处理（SMP）模式启动，对应 BSP 中RT_USING_SMP的配置；
• -kernel rtthread.bin：加载内核镜像；
• -serial stdio：把虚拟串口输出重定向到终端控制台，因此启动日志与 msh 命令交互都直接出现在当前终端；
• -sd sd.bin：挂载虚拟 SD 卡。

启动后终端会打印 RT-Thread 版本信息、lwIP 网络协议栈初始化、SDIO 卡容量识别等日志，并进入msh />命令行提示符：

6.3 其他运行/调试脚本

BSP 还提供了其他脚本（Linux 平台对应.sh版本）：

6.4 退出 QEMU

• 在 msh 提示符下按下CTRL+A，再按下X，终端显示QEMU: Terminated即退出（Linux 下的标准方式）；
• Windows 环境下则是按下CTRL+C，在Terminate batch job (Y/N)?提示后输入y退出。

7 使用 Finsh 控制台

RT-Thread 自带 Finsh 命令行组件，可在 msh 模式下用命令操作 RT-Thread。

• 输入help或按下Tab键，列出所有支持的命令（左侧为命令名，右侧为命令描述）；
• 输入list_thread：查看当前运行的线程、线程状态与栈大小；
• 输入list_timer：查看系统定时器状态；
• 输入list_device：查看系统中已注册的所有设备。

例如list_device输出中可以看到虚拟 SD 卡设备sd0，这是后续文件系统操作的前提。Finsh 组件的源码位于 components/finsh，命令表由各模块通过MSH_CMD_EXPORT等宏注册，这也是help能枚举出所有命令的机制。

8 体验虚拟 SD 卡文件系统

8.1 格式化 SD 卡

在 msh 下执行：

mkfs sd0

该命令将虚拟 SD 卡格式化为FatFS文件系统。FatFS 是面向小型嵌入式设备、与微软 FAT 兼容的文件系统，使用 ANSI C 编写，通过抽象硬件 I/O 层实现，具备良好的可移植性。

8.2 二次启动加载文件系统

首次格式化后文件系统不会立即加载，需要退出虚拟机关机，再执行./qemu.sh重新启动。第二次启动后输入ls，可以看到根目录下已出现Directory目录，说明文件系统加载成功（对应的源码逻辑即 applications/mnt.c 中的挂载流程）。

之后即可体验 RT-Thread 提供的文件系统命令：

• ls：显示文件与目录信息
• cd：切换指定目录
• rm：删除文件或目录
• echo：将指定内容写入目标文件
• cat：查看文件内容
• mkdir：创建文件夹

输入help可查看更多命令。文件系统组件位于 components/dfs，其中 FatFS 文件系统实现可在 components/dfs/filesystems 下找到（DFS 虚拟文件系统层 + elm-fatfs 具体实现）。

9 配置更多功能

QEMU 平台几乎支持配置 RT-Thread 的所有功能，只需再次进入配置界面：

scons --menuconfig

配置完成后先保存、再退出配置界面，然后按以下流程操作：

1. 若勾选了软件包，执行pkgs --update下载对应软件包源码；
2. 执行scons重新编译；
3. 执行./qemu.sh运行 QEMU；
4. 输入help查看 BSP 当前支持的所有命令并使用。

例如勾选内核示例包后，编译运行即可直接在 msh 下执行信号量、互斥量、消息队列等示例命令，验证 RT-Thread 的内核 IPC 机制。得益于 QEMU 的软件模拟特性，你可以反复修改 rtconfig.h 对应的 menuconfig 选项、重新编译运行，在不依赖任何物理硬件的情况下完成 RT-Thread 内核、驱动与组件的完整学习与验证。

10 常见问题排查

• cannot find -lsupc++：缺少libstdc++-arm-none-eabi-newlib包，执行章节 2 的安装命令补齐即可；
• /usr/bin/qemu-system-arm: No such file or directory：未安装 QEMU ARM 模拟器，执行sudo apt-get install qemu-system-arm；
• qemu包找不到：较新发行版已拆分元包，改用qemu-system-arm；
• pip install kconfiglib失败（PEP 668）：使用系统包python3-kconfiglib，不要用 pip 覆盖系统 Python 环境；
• menuconfig 界面错乱：终端尺寸需大于 80x24；
• 启动日志中有 ALSA 音频错误：服务器环境无声卡所致，不影响 RT-Thread 运行，看到 RT-Thread 启动 logo 与msh />提示符即可正常调试；
• 文件系统未出现：SD 卡首次格式化后需重启（重新执行./qemu.sh）才会加载文件系统。

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