【物联网设备端开发】ESP开发工具:QEMU如何模拟以太网口接入网络
以太网口支持
ESP-IDF中添加了对Opencores以太网MAC的支持。
- 运行以太网示例时,启用
CONFIG_EXAMPLE_CONNECT_ETHERNET
和CONFIG_EXAMPLE_USE_OPENETH
.。 - 运行自定义应用程序时,启用
CONFIG_ETH_USE_OPENETH
并初始化以太网驱动程序,如示例 /common_components/protocol_example.common/connect.c 中所示(查找esp_eth_mac_new_openeth
)。
启动QEMU时,使用open_eth
网络设备。
用户模式网络
例如,要在用户模式下启动网络(仅TCP/UDP,模拟设备位于NAT之后),请在QEMU命令行中添加以下选项:
-nic user,model=open_eth
一些ESP项目(特别是运行TCP侦听器)可能需要设置端口转发,
-nic user,model=open_eth,id=lo0,hostfwd=tcp:127.0.0.1:PORT_HOST-:PORT_GUEST
(例如,asio-echo服务器默认在2222上设置服务器,因此hostfwd=tcp:127.0.0.1:22222-:2222
允许从主机访问 nc localhost 2222
)
指定引导模式
要指定所需的 strapping 模式, 在运行QEMU时需要添加以下参数:
-global driver=esp32.gpio,property=strap_mode,value=0x0f
这将设置 GPIO_STRAP
寄存器的值。
- 使用
0x12
作为闪存启动模式(默认) - 将
0x0f
用于仅UART下载模式(因为SDIO部分未实现)
Specifying eFuse storage
Add extra arguments to the command line:
-drive file=qemu_efuse.bin,if=none,format=raw,id=efuse
-global driver=nvram.esp32.efuse,property=drive,value=efuse
The first argument creates a block device backed by qemu_efuse.bin
file, with identifier efuse
. The second line configures nvram.esp32.efuse
device to use this block device for storage.
The file must be created before starting QEMU:
dd if=/dev/zero bs=1 count=124 of=/tmp/qemu_efuse.bin
124 bytes is the total size of ESP32 eFuse blocks.
Note
Specifying eFuse storage is mandatory to test out any platform security features like “Secure Boot” or “Flash Encryption”.
Emulating ESP32 ECO3
For the application to detect the emulated chip as ESP32 ECO3, the following virtual efuses must be set:
- CHIP_VER_REV1
- CHIP_VER_REV2
Here is the corresponding efuse file (in hexadecimal, produced using xxd -p
):
000000000000000000000000008000000000000000001000000000000000
000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000
00000000
To convert this (efuse.hex
) back to binary, run xxd -r -p efuse.hex qemu_efuse.bin
.
Alternatively, these bits can be set using espefuse:
espefuse.py --port=socket://localhost:5555 burn_efuse CHIP_VER_REV1
espefuse.py --port=socket://localhost:5555 burn_efuse CHIP_VER_REV2
Disabling the watchdogs
By default, Timer Group watchdog timers are emulated, and TG0 WDT is enabled at reset. It is sometimes useful to disable these watchdog timers. This can be done by adding the following to the command line:
-global driver=timer.esp32.timg,property=wdt_disable,value=true
This disables the emulation of TG watchdog timers. Even if the application configures them, they will not fire.
The RTC watchdog timer is not emulated yet, so it doesn’t need to be disabled.
Using esptool.py and espefuse.py to interact with QEMU
-
Start QEMU:
build/qemu-system-xtensa -nographic \-machine esp32 \-drive file=flash_image.bin,if=mtd,format=raw \-global driver=esp32.gpio,property=strap_mode,value=0x0f \-drive file=qemu_efuse.bin,if=none,format=raw,id=efuse \-global driver=nvram.esp32.efuse,property=drive,value=efuse \-serial tcp::5555,server,nowait
The final line redirects the emulated UART to TCP port 5555 (QEMU acts as a server).
Type q and press Enter at any time to quit.
-
Run esptool.py:
esptool.py -p socket://localhost:5555 flash_id
Flashing with
idf.py
also works:export ESPPORT=socket://localhost:5555 idf.py flash
-
Or, run espefuse.py:
espefuse.py --port socket://localhost:5555 --do-not-confirm burn_custom_mac 00:11:22:33:44:55
Note: esptool
can not reset the emulated chip using the RTS signal, because the state of RTS is not transmitted over TCP to QEMU. To reset the emulated chip, run system_reset
command in QEMU console (started at step 1).
Specifying ROM ELF file
If -kernel
and -bios
arguments are not given, ESP32 (rev. 3) ROM code will be loaded. This ROM code binary is included in the repository. To specify the ROM code ELF file to load, pass the filename with a -bios <filename>
argument.
Using flash encryption
Self-encryption workflow
- In the IDF application, enable
CONFIG_SECURE_FLASH_ENC_ENABLED
throughmenuconfig
, and build it - Build the flash image as per the instructions from the Compiling the ESP-IDF program to emulate section.
- Create
qemu_efuse.bin
as highlighted in the Specifying eFuse storage section. - Execute
qemu-system-xtensa
using the following command:build/qemu-system-xtensa -nographic -machine esp32 \-drive file=/path/to/qemu_efuse.bin,if=none,format=raw,id=efuse \-global driver=nvram.esp32.efuse,property=drive,value=efuse \-drive file=/path/to/flash_image.bin,if=mtd,format=raw \-global driver=timer.esp32.timg,property=wdt_disable,value=true
Adding PSRAM
QEMU “memory size” option can be used to enable PSRAM emulation. By default, no PSRAM is added to the machine. You can add 2MB or 4MB PSRAM using -m 2M
or -m 4M
command line options, respectively.
Note that PSRAM MMU is not emulated yet, so things like bank switching (himem
in IDF) do not work.
Using SD cards
QEMU emulates SD/MMC host controller used in ESP32. To add an SD card to the system, create an image and pass it to QEMU.
-
Create a raw image file, for example, 64 MB:
$ dd if=/dev/zero bs=$((1024*1024)) count=64 of=sd_image.bin
-
Add the following argument when running QEMU:
-drive file=sd_image.bin,if=sd,format=raw
If you need to create a large SD card image, it is recommended to use sparse cqow2
images instead of raw ones. Consult QEMU manual about qemu-img
tool for details.
Only one SD card is supported at a time. You can use either slot 0 or slot 1 of the SD/MMC controller in the application code.
Enabling graphical user interface (GUI)
The ESP32 QEMU implementation implements a virtual RGB panel, absent on the real hardware, that can be used to show graphical interface. It is associated to a virtual frame buffer that can be used to populate the pixels to show. It is also possible to use the target internal RAM as a frame buffer.
To enable the graphical interface, while keeping the serial output in the console, use the following command line:
build/qemu-system-xtensa \-machine esp32 \-drive file=flash_image.bin,if=mtd,format=raw-display sdl \-serial stdio
If gtk
backend was enabled when compiling QEMU, it is possible to replace -display sdl
with -display gtk
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