QEMU 训练营 2026 专业阶段总结¶

背景介绍¶

未来想往 Linux 方向发展，通过学长了解到 qemu 训练营，想通过学习多了解一些底层知识，提升自己的能力

专业阶段¶

本次专业阶段我选择 GPU 方向基础实验，实验需要在 QEMU 内实现一款自定义 GPGPU PCI 虚拟设备，完整支持寄存器 MMIO 访问、VRAM 显存读写、Host-Device DMA 数据搬运、Kernel 程 序加载启动，以及轻量化 SIMT 并行指令执行引擎。 1. PCI 与 MMIO 设备建模 GPGPU 设备以标准 PCI 设备形式挂载到 QEMU 总线。设备初始化阶段完成 PCI 配置空间、BAR 内存空间注册，并绑定对应的 MMIO 读写回调函数。上层测试程序通过qpci_io_readl、qpci_io_writel完成寄存器交互，因此设备模型必须精准处理每一次 MMIO 读写操作。

设备内部维护一套完整控制寄存器组，覆盖设备运行状态、执行控制命令、Kernel 配置参数、DMA 描述符、VRAM 访问窗口等模块。 - MMIO 写：修改设备运行状态，例如写入 Kernel 入口、Grid/Block 线程维度、启动指令、DMA 传输参数； - MMIO 读：向外暴露设备当前状态、计算结果、错误标识。

1. VRAM 与 DMA 建模 VRAM 作为设备私有显存，用于存放 Kernel 二进制指令、输入输出数据、线程运行参数。数据有两种写入途径：直接 MMIO 映射访问，或是通过 DMA 批量搬运。

DMA 模块模拟宿主机与虚拟 GPU 间高速数据传输：QTest 测试程序配置传输源地址、目标地址、数据长度与传输方向后，写入控制寄存器触发 DMA 流程；设备模型解析 DMA 描述符完成内存拷贝，传输结束后更新状态标志位。

1. Kernel 完整启动执行流程 程序运行标准流程：测试程序先将 Kernel 指令与运算数据写入 VRAM，再通过 MMIO 配置 Kernel 入口、线程规模、Grid/Block 维度等寄存器，最后写入启动指令触发计算。

设备收到启动命令后进入核心执行函数：

int gpgpu_core_exec_kernel(GPGPUState *s)

1. 简化 SIMT 并行执行模型 这部分实现了一个简化的 SIMT 执行引擎。每个线程拥有自己的寄存器状态和程序计数器，设备会按照测试要求模拟多个线程执行同一段 kernel 代码。 执行核心需要支持基础的 RV32 指令，包括算术运算、访存、分支跳转以及部分浮点操作。对于每条指令，执行函数会从 VRAM 中取指，解析 opcode、rd、rs1、rs2、立即数等字段，然后更新对应线程的寄存器或内存。 其中，线程号、block 信息等内置变量通过寄存器或特殊方式传递给 kernel，使测试中的向量加法、访存、分支等场景能够正常运行。

总结¶

由于个人时间问题，仅完成基础实验部分，进阶实验暂未做完。通过 GPU 基础实验，我对 QEMU 中 PCI 设备建模、BAR/MMIO 访问、设备内部状态维护、DMA 模拟等有了初步理解。