Project RC

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 * Filename:    stdrc.cc
 * Description: 一只腊鸡的技术成长。
 * Author:      Richard Chien
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ARM GIC 虚拟化学习笔记

创建于
分类:Note
标签:ARMGIC虚拟化LinuxKVMOS

这是一篇学习过程中的笔记,因为时间原因不再组织成流畅的语言,而是直接分享了~

References

GICv2

Non-virtualization

  • 中断进入 distributor,然后分发到 CPU interface
  • 某个 CPU 触发中断后,读 GICC_IAR 拿到中断信息,处理完后写 GICC_EOIR 和 GICC_DIR(如果 GICC_CTLR.EOImodeNS 是 0,则 EOI 的同时也会 DI)
  • GICD、GICC 寄存器都是 MMIO 的,device tree 中会给出物理地址

Virtualization

  • HCR_EL2.IMO 设置为 1 后,所有 IRQ 都会 trap 到 HYP
  • HYP 判断该 IRQ 是否需要插入到 vCPU
  • 插入 vIRQ 之后,在切换到 VM 之前需要 EOI 物理 IRQ,即 priority drop,降低运行优先级,使之后 VM 运行时能够再次触发该中断
  • 回到 VM 后,GIC 在 EL1 触发 vIRQ,这时候 EOI 和 DI 会把 vIRQ 和物理 IRQ 都 deactivate,因此不需要再 trap 到 HYP,不过如果是 SGI 的话并不会 deactivate,需要 HYP 自己处理(通过 maintenance 中断?)

HYP interface (GICH)

  • GICH base 物理地址在 device tree 中给出
  • 控制寄存器:GICH_HCR、GICH_VMCR 等
  • List 寄存器:GICH_LRn
  • KVM 中,这些寄存器保存在 struct vgic_cpuvgic_v2 字段,struct vgic_cpu 本身放在 struct kvm_vcpu_arch,每个 vCPU 一份
  • vCPU switch 的时候,需要切换这些寄存器(KVM 在 vgic-v2-switch.S 中定义相关切换函数)
  • VM 无法访问 GICH 寄存器,因为根本没有映射

List register (LR)

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

  • GICV 也是物理 GIC 上存在的,base 物理地址同样在 device tree 中给出
  • KVM 在系统全局的一个结构体(struct vgic_params vgic_v2_params)保存了这个物理地址
  • 创建 VM 时 HYP 把一个特定的 GPA(KVM 中通过 ioctl 设置该地址)映射到 GICV base 物理地址,然后把这个 GPA 作为 GICC base 在 device tree 中传给 VM
  • VM 以为自己在访问 GICC,实际上它在访问 GICV
  • 目前理解这些 GICV 寄存器在 vCPU switch 的时候是不需要保存的(KVM 里没有保存 GICV 相关的代码),因为它其实在硬件里访问的是 GICH 配置的那些寄存器,比如 LR

Virtual distributor (GICD in VM's view)

  • 实际是内核里的一个结构体(struct vgic_dist
  • 在 device tree 中给 VM 一个 GICD base,但实际上没有映射
  • VM 访问 GICD 时,trap & emulate,直接返回或设置 struct vgic_dist 里的字段(在 vgic-v2-emul.c 文件中)
  • 每个 VM 一个,而不是每个 vCPU 一个,所以 struct vgic_dist 放在 struct kvm_arch

VM's view

  • 从 device tree 获得 GICD、GICC base 物理地址(实际是 HYP 伪造的地址)
  • 配置 GICD 寄存器(实际上 trap 到 HYP,模拟地读写了内核某 struct 里的数据)
  • 执行直到发生中断(中断先到 HYP,HYP 在 LR 中配置了一个物理 IRQ 到 vIRQ 的映射,并且设置为 pending,回到 VM 之后 GIC 在 VM 的 EL1 触发中断)
  • 读 GICC_IAR(经过 stage 2 页表翻译,实际上读了 GICV_IAR,GIC 根据 LR 返回 vIRQ 的信息,vIRQ 状态从 pending 转为 active)
  • 写 GICC_EOIR、GICC_DIR(经过 stage 2 页表翻译,实际上写了 GICV_EOIR、GICV_DIR,GIC EOI 并 deactivate 对应的 vIRQ,并 deactivate vIRQ 对应的物理 IRQ)

GICv3

新特性:

  • CPU interface(GICC、GICH、GICV)通过 system register 访问(ICC_*_ELnICH_*_EL2ICV_*_ELn,ICC 和 ICV 在指令中的编码相同,硬件根据当前 EL 和 HCR_EL2 来路由),不再用 MMIO
  • 使用 affinity routing,支持最多 2^32 个 CPU 核心
  • 引入 redistributor,每个 CPU 一个,和各 CPU interface 连接,使 PPI 不再需要进入 distributor
  • 引入一种新的中断类型 LPI 和一个新的组件 ITS(还没太看懂是干啥用的)

Non-virtualization

Virtualization

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