轉自：https://stdrc.cc/post/2020/09/26/arm-gic-virtualization/

這是一篇學習過程中的筆記，因為時間原因不再組織成流暢的語言，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

中斷進入 distributor，然后分發到 CPU interface
某個 CPU 觸發中斷后，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 的同時也會 DI）
GICD、GICC 寄存器都是 MMIO 的，device tree 中會給出物理地址

Virtualization

HCR_EL2.IMO 設置為 1 后，所有 IRQ 都會 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，降低運行優先級，使之后 VM 運行時能夠再次觸發該中斷
回到 VM 后，GIC 在 EL1 觸發 vIRQ，這時候 EOI 和 DI 會把 vIRQ 和物理 IRQ 都 deactivate，因此不需要再 trap 到 HYP，不過如果是 SGI 的話并不會 deactivate，需要 HYP 自己處理（通過 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 vCPU 一份
vCPU switch 的時候，需要切換這些寄存器（KVM 在vgic-v2-switch.S中定義相關切換函數）
VM 無法訪問 GICH 寄存器，因為根本沒有映射

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 在系統全局的一個結構體（struct vgic_params vgic_v2_params）保存了這個物理地址
創建 VM 時 HYP 把一個特定的 GPA（KVM 中通過ioctl設置該地址）映射到 GICV base 物理地址，然后把這個 GPA 作為 GICC base 在 device tree 中傳給 VM
VM 以為自己在訪問 GICC，實際上它在訪問 GICV
目前理解這些 GICV 寄存器在 vCPU switch 的時候是不需要保存的（KVM 里沒有保存 GICV 相關的代碼），因為它其實在硬件里訪問的是 GICH 配置的那些寄存器，比如 LR

Virtual distributor (GICD in VM's view)

實際是內核里的一個結構體（struct vgic_dist）
在 device tree 中給 VM 一個 GICD base，但實際上沒有映射
VM 訪問 GICD 時，trap & emulate，直接返回或設置struct vgic_dist里的字段（在vgic-v2-emul.c文件中）
每個 VM 一個，而不是每個 vCPU 一個，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（實際是 HYP 偽造的地址）
配置 GICD 寄存器（實際上 trap 到 HYP，模擬地讀寫了內核某 struct 里的數據）
執行直到發生中斷（中斷先到 HYP，HYP 在 LR 中配置了一個物理 IRQ 到 vIRQ 的映射，并且設置為 pending，回到 VM 之后 GIC 在 VM 的 EL1 觸發中斷）
讀 GICC_IAR（經過 stage 2 頁表翻譯，實際上讀了 GICV_IAR，GIC 根據 LR 返回 vIRQ 的信息，vIRQ 狀態從 pending 轉為 active）
寫 GICC_EOIR、GICC_DIR（經過 stage 2 頁表翻譯，實際上寫了 GICV_EOIR、GICV_DIR，GIC EOI 并 deactivate 對應的 vIRQ，并 deactivate vIRQ 對應的物理 IRQ）

GICv3

新特性：

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

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
【大餅教你學系列】https://edu.csdn.net/course/detail/10393

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的ARM GIC 虚拟化学习笔记【转】的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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