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Ubuntu で Raspbian システムを起動（QEMU、qemu-rpi-kernel を使用）

【概要】Ubuntu 環境で QEMU エミュレータを使用し、ARM プロセッサ向けの Raspbian システムを起動する手順を解説する。QEMU のインストール、カーネルイメージのダウンロード、Raspbian イメージの準備、システム起動、SSH によるリモート接続までの一連の作業を図解で説明する。

【目次】

  1. Ubuntu で QEMU のインストール
  2. Qemu kernel for emulating Rpi on QEMU のダウンロード
  3. Raspbian のダウンロード
  4. Raspbian システムの起動
  5. Ubuntu から Raspbian システムにログイン

Raspbian は Linux システム（Debian ベース）である。ARM プロセッサで動作する。

Ubuntu が動作するパソコンには ARM 以外のプロセッサが搭載されているため、QEMU を用いてプロセッサのエミュレーションを行う。

このページでは、Ubuntu マシンで Raspbian が動作するまでの手順を図解で説明する。

謝辞

先人に感謝:

Ubuntu で QEMU のインストール

  1. 更新可能な全パッケージの更新 
    # パッケージリストの情報を更新
sudo apt update
sudo apt-get -yV upgrade
  2. QEMU のインストール 
    # パッケージリストの情報を更新
sudo apt update
sudo apt -y install qemu qemu-kvm qemu-system-arm
    QEMU インストール時の端末画面

    「続行しますか? [Y/n]」と表示されたときは、y キーを押してから Enter キーを押す。

Qemu kernel for emulating Rpi on QEMU のダウンロード

  1. GitHub の dhruvvyas90/qemu-rpi-kernel の Web ページを開く。

    https://github.com/dhruvvyas90/qemu-rpi-kernel

  2. buster 系列の最新版を選ぶ。
    buster 系列カーネルの選択画面
  3. ページが変わる。Download をクリックする。
    カーネルファイルのダウンロードボタン
  4. ダウンロードが始まる。ダウンロードしたファイルは分かりやすいディレクトリに保存する。
    カーネルファイルのダウンロード完了画面
  5. 次に、versatile-pb.dtb もダウンロードする。前の Web ページに戻り、versatile-pb.dtb を選ぶ。
    versatile-pb.dtb ファイルの選択画面
  6. ページが変わる。Download をクリックする。
    dtb ファイルのダウンロードボタン
  7. ダウンロードが始まる。ダウンロードしたファイルは、先ほどのファイルと同じディレクトリに保存する。
    dtb ファイルのダウンロード完了画面

Raspbian のダウンロード

  1. 先ほどの Web ページ（https://github.com/dhruvvyas90/qemu-rpi-kernel）の指示を確認する。
  2. この記載に従い、次の Web ページを開く。ここでは国内のサイトを使用する。

    http://ftp.jaist.ac.jp/pub/raspberrypi/raspbian/images

  3. 最新版のディレクトリの下の .zip ファイルを選ぶ。
    Raspbian イメージファイルの選択画面
  4. ダウンロードが始まる。ダウンロードが終わるまで待つ。ダウンロードしたファイルは分かりやすいディレクトリに保存する。
    Raspbian イメージのダウンロード進行画面
  5. ダウンロードした .zip ファイルを展開（解凍）する。展開すると .img ファイルができる。 
    unzip 2019-09-26-raspbian-buster.zip
    zip ファイル展開後の端末画面
  6. この .img ファイルは、先ほどダウンロードした kernel-qemu-x.x.xx-buster（Qemu kernel for emulating Rpi on QEMU のファイル）と同じディレクトリに配置する。このディレクトリのパスを記録しておく。
    必要なファイルを配置したディレクトリの内容

Raspbian システムの起動

  1. 端末を開き、先ほどファイルを配置したディレクトリに移動する。
  2. ls コマンドで、ファイルがあることを確認する。
    ls コマンドでファイル一覧を表示した端末画面
  3. 端末で、次のコマンドを実行する。 
    qemu-system-arm -M versatilepb \
-cpu arm1176 \
-m 256 \
-hda 2019-09-26-raspbian-buster.img \
-net nic \
-net user,hostfwd=tcp::5022-:22 \
-dtb versatile-pb.dtb \
-kernel kernel-qemu-4.19.50-buster \
-append "root=/dev/sda2 panic=1 rootfstype=ext4 rw" \
-no-reboot
    QEMU 起動コマンド実行後の画面
  4. アプリ紹介

    エミュレータのため、動作速度は低下する。

    • bluej: Java 開発環境 BlueJ
    • geany: 開発環境 Geany
    • greenfoot: Java 開発環境 Greenfoot
    • scratch2: Scratch バージョン 2
  5. Raspbian システムの終了は、左上のメニューで shutdown を選択する。

Ubuntu から Raspbian システムにログイン

ここで行うこと

Raspbian システムで SSH サーバを稼働させる。その後、Ubuntu から SSH サーバに接続する。

  1. Raspbian システムのメニューで Terminal を選ぶと端末が開く。
  2. 端末で次のコマンドを実行し、SSH サーバを開始する。あわせて IP アドレスを確認する。
    • sudo service ssh start: SSH サーバの開始
    • ifconfig -a: IP アドレスの確認
    sudo service ssh start
ifconfig -a
  3. 端末で次のコマンドを実行する。ファイアウォールを、ポート 5022/tcp について解除する。 
    # パッケージリストの情報を更新
sudo apt update
sudo apt -y install ufw
sudo ufw allow 5022
  4. Ubuntu の端末から Raspbian システムに SSH でログインする。 
    ssh -X -p 5022 pi@localhost

    パスワードは raspberry である。

    パスワードを入力するとき、画面には何も表示されない。これは正常動作である。

    確認表示が出たら「yes」と入力する。

  5. 「exit」で接続を終了する。