轉自：https://stdrc.cc/post/2020/09/26/arm-gic-virtualization/
這是一篇學習過程中的筆記，因爲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，不便於理解邏輯）
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，然後分發到 CPU interface
- 某個 CPU 觸發中斷後，讀 GICC_IAR 拿到中斷信息，處理完後寫 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 設置爲 1 後，所有 IRQ 都會 trap 到 HYP
- HYP 判斷該 IRQ 是否需要插入到 vCPU
- 插入 vIRQ 之後，在切換到 VM 之前需要 EOI 物理 IRQ，即 priority drop，降低運行優先級，使之後 VM 運行時能夠再次觸發該中斷
- 回到 VM 後，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 的話並不會 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，因爲根本沒有映射
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，然後把這個 GPA 作爲 GICC base 在 device tree 中傳給 VM - VM 以爲自己在訪問 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 裏沒有保存 GICV 相關的代碼），因爲它其實在硬件裏訪問的是 GICH 配置的那些寄存器，比如 LR
Virtual distributor (GICD in VM's view)
- 實際是內核裏的一個結構體（
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裏的字段（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裏
VM's view
- 從 device tree 獲得 GICD、GICC base 物理地址（實際是 HYP 僞造的地址）
- 配置 GICD 寄存器（實際上 trap 到 HYP，模擬地讀寫了內核某 struct 裏的數據）
- 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，並且設置爲 pending，回到 VM 之後 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 轉爲 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 並 deactivate 對應的 vIRQ，並 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（還沒太看懂是幹啥用的）
Non-virtualization
Virtualization
