转自：https://stdrc.cc/post/2020/09/26/arm-gic-virtualization/
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
Linux 4.2.1（最新的 5.8 相比 4.2 更抽象，不便于理解逻辑）
arch/arm64/kvm/
virt/kvm/arm/
https://mp.weixin.qq.com/s/GI4nV7URCU5Oem6hmVee2Q
https://www.linux-kvm.org/images/7/79/03×09-Aspen-Andre_Przywara-ARM_Interrupt_Virtualization.pdf
ARM GIC Architecture Specification, v2 & v3
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_cpu 的 vgic_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 里
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_*_ELn、ICH_*_EL2、ICV_*_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
【作者】张昺华
【出处】http://www.cnblogs.com/sky-heaven/
【博客园】 http://www.cnblogs.com/sky-heaven/
【知乎】 http://www.zhihu.com/people/zhang-bing-hua
【我的作品—旋转倒立摆】 http://v.youku.com/v_show/id_XODM5NDAzNjQw.html?spm=a2hzp.8253869.0.0&from=y1.7-2
【我的作品—自平衡自动循迹车】 http://v.youku.com/v_show/id_XODM5MzYyNTIw.html?spm=a2hzp.8253869.0.0&from=y1.7-2
【大饼教你学系列】https://edu.csdn.net/course/detail/10393
【新浪微博】 张昺华–sky
【twitter】 @sky2030_
【微信公众号】 张昺华
本文版权归作者和博客园共有，欢迎转载，但未经作者同意必须保留此段声明，且在文章页面明显位置给出原文连接，否则保留追究法律责任的权利.
