轉(zhuǎn)自：https://stdrc.cc/post/2020/09/26/arm-gic-virtualization/

這是一篇學(xué)習(xí)過(guò)程中的筆記，因?yàn)闀r(shí)間原因不再組織成流暢的語(yǔ)言，而是直接分享了～

References

Linux 4.2.1（最新的 5.8 相比 4.2 更抽象，不便于理解邏輯）

arch/arm64/kvm/
virt/kvm/arm/

https://mp.weixin.qq.com/s/GI4nV7URCU5Oem6hmVee2Q
https://www.linux-kvm.org/images/7/79/03x09-Aspen-Andre_Przywara-ARM_Interrupt_Virtualization.pdf
ARM GIC Architecture Specification, v2 & v3

GICv2

Non-virtualization

中斷進(jìn)入 distributor，然后分發(fā)到 CPU interface
某個(gè) CPU 觸發(fā)中斷后，讀 GICC_IAR 拿到中斷信息，處理完后寫 GICC_EOIR 和 GICC_DIR（如果 GICC_CTLR.EOImodeNS 是 0，則 EOI 的同時(shí)也會(huì) DI）
GICD、GICC 寄存器都是 MMIO 的，device tree 中會(huì)給出物理地址

Virtualization

HCR_EL2.IMO 設(shè)置為 1 后，所有 IRQ 都會(huì) trap 到 HYP
HYP 判斷該 IRQ 是否需要插入到 vCPU
插入 vIRQ 之后，在切換到 VM 之前需要 EOI 物理 IRQ，即 priority drop，降低運(yùn)行優(yōu)先級(jí)，使之后 VM 運(yùn)行時(shí)能夠再次觸發(fā)該中斷
回到 VM 后，GIC 在 EL1 觸發(fā) vIRQ，這時(shí)候 EOI 和 DI 會(huì)把 vIRQ 和物理 IRQ 都 deactivate，因此不需要再 trap 到 HYP，不過(guò)如果是 SGI 的話并不會(huì) deactivate，需要 HYP 自己處理（通過(guò) maintenance 中斷？）

HYP interface (GICH)

GICH base 物理地址在 device tree 中給出
控制寄存器：GICH_HCR、GICH_VMCR 等
List 寄存器：GICH_LRn
KVM 中，這些寄存器保存在struct vgic_cpu的vgic_v2字段，struct vgic_cpu本身放在struct kvm_vcpu_arch，每個(gè) vCPU 一份
vCPU switch 的時(shí)候，需要切換這些寄存器（KVM 在vgic-v2-switch.S中定義相關(guān)切換函數(shù)）
VM 無(wú)法訪問(wèn) GICH 寄存器，因?yàn)楦緵](méi)有映射

List register (LR)

vCPU interface (GICV, GICC in VM's view)

GICV 也是物理 GIC 上存在的，base 物理地址同樣在 device tree 中給出
KVM 在系統(tǒng)全局的一個(gè)結(jié)構(gòu)體（struct vgic_params vgic_v2_params）保存了這個(gè)物理地址
創(chuàng)建 VM 時(shí) HYP 把一個(gè)特定的 GPA（KVM 中通過(guò)ioctl設(shè)置該地址）映射到 GICV base 物理地址，然后把這個(gè) GPA 作為 GICC base 在 device tree 中傳給 VM
VM 以為自己在訪問(wèn) GICC，實(shí)際上它在訪問(wèn) GICV
目前理解這些 GICV 寄存器在 vCPU switch 的時(shí)候是不需要保存的（KVM 里沒(méi)有保存 GICV 相關(guān)的代碼），因?yàn)樗鋵?shí)在硬件里訪問(wèn)的是 GICH 配置的那些寄存器，比如 LR

Virtual distributor (GICD in VM's view)

實(shí)際是內(nèi)核里的一個(gè)結(jié)構(gòu)體（struct vgic_dist）
在 device tree 中給 VM 一個(gè) GICD base，但實(shí)際上沒(méi)有映射
VM 訪問(wèn) GICD 時(shí)，trap & emulate，直接返回或設(shè)置struct vgic_dist里的字段（在vgic-v2-emul.c文件中）
每個(gè) VM 一個(gè)，而不是每個(gè) vCPU 一個(gè)，所以struct vgic_dist放在struct kvm_arch里

VM's view

從 device tree 獲得 GICD、GICC base 物理地址（實(shí)際是 HYP 偽造的地址）
配置 GICD 寄存器（實(shí)際上 trap 到 HYP，模擬地讀寫了內(nèi)核某 struct 里的數(shù)據(jù)）
執(zhí)行直到發(fā)生中斷（中斷先到 HYP，HYP 在 LR 中配置了一個(gè)物理 IRQ 到 vIRQ 的映射，并且設(shè)置為 pending，回到 VM 之后 GIC 在 VM 的 EL1 觸發(fā)中斷）
讀 GICC_IAR（經(jīng)過(guò) stage 2 頁(yè)表翻譯，實(shí)際上讀了 GICV_IAR，GIC 根據(jù) LR 返回 vIRQ 的信息，vIRQ 狀態(tài)從 pending 轉(zhuǎn)為 active）
寫 GICC_EOIR、GICC_DIR（經(jīng)過(guò) stage 2 頁(yè)表翻譯，實(shí)際上寫了 GICV_EOIR、GICV_DIR，GIC EOI 并 deactivate 對(duì)應(yīng)的 vIRQ，并 deactivate vIRQ 對(duì)應(yīng)的物理 IRQ）

GICv3

新特性：

CPU interface（GICC、GICH、GICV）通過(guò) system register 訪問(wèn)（ICC_*_ELn、ICH_*_EL2、ICV_*_ELn，ICC 和 ICV 在指令中的編碼相同，硬件根據(jù)當(dāng)前 EL 和 HCR_EL2 來(lái)路由），不再用 MMIO
使用 affinity routing，支持最多 2^32 個(gè) CPU 核心
引入 redistributor，每個(gè) CPU 一個(gè)，和各 CPU interface 連接，使 PPI 不再需要進(jìn)入 distributor
引入一種新的中斷類型 LPI 和一個(gè)新的組件 ITS（還沒(méi)太看懂是干啥用的）

Non-virtualization

Virtualization

【作者】張昺華
【出處】http://www.cnblogs.com/sky-heaven/

【博客園】 http://www.cnblogs.com/sky-heaven/
【知乎】 http://www.zhihu.com/people/zhang-bing-hua
【我的作品---旋轉(zhuǎn)倒立擺】 http://v.youku.com/v_show/id_XODM5NDAzNjQw.html?spm=a2hzp.8253869.0.0&from=y1.7-2
【我的作品---自平衡自動(dòng)循跡車】 http://v.youku.com/v_show/id_XODM5MzYyNTIw.html?spm=a2hzp.8253869.0.0&from=y1.7-2
【大餅教你學(xué)系列】https://edu.csdn.net/course/detail/10393

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總結(jié)

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