飞腾的服务器 开启CPU虚拟化 飞腾cpu 虚拟机

飞腾CPU虚拟化相关代码分析（二）——EL2异常向量表

1. 飞腾CPU采用ARMv8体系结构，在非安全态有四个权限级EL0/1/2/3，其中EL2是Hypervisor权限级，虚拟机监控器VMM代码运行在EL2权限级上。
2. ARMv8的早期版本只能支持Hyp模式的EL2，即EL2权限级的实现还不能完全支撑虚拟机内核和应用，需要运行在EL1的宿主OS协助完成。（备注：ARMv8的扩展版本支持VHE模式，即宿主OS可以直接运行在EL2模式下，此时VMM和宿主机内核可以共用一个EL2权限级上的异常向量表）
3. 下面列出了Hyp分裂模式的EL2的异常向量表：

1. ENTRY(__hyp_stub_vectors)

2. ventry el2_sync_invalid // Synchronous EL2tventry el2_irq_invalid // IRQ EL2tventry el2_fiq_invalid // FIQ EL2tventry el2_error_invalid // Error EL2t
3. ventry el2_sync_invalid // Synchronous EL2hventry el2_irq_invalid // IRQ EL2hventry el2_fiq_invalid // FIQ EL2hventry el2_error_invalid // Error EL2h
4. ventry el1_sync // Synchronous 64-bit EL1ventry el1_irq_invalid // IRQ 64-bit EL1ventry el1_fiq_invalid // FIQ 64-bit EL1ventry el1_error_invalid // Error 64-bit EL1
5. ventry el1_sync_invalid // Synchronous 32-bit EL1ventry el1_irq_invalid // IRQ 32-bit EL1ventry el1_fiq_invalid // FIQ 32-bit EL1ventry el1_error_invalid // Error 32-bit EL1

6. ENDPROC(__hyp_stub_vectors)

4. 根据触发异常的权限级和CPU状态，EL2异常向量表定义了四组：

1. EL2t，当CPU在EL2且堆栈寄存器为SP_EL0时，触发了异常。
2. EL2h，当CPU在EL2且堆栈寄存器为SP_EL2时，触发了异常。
3. AArch64_EL1，当CPU在EL0/1且为AArch64模式，触发了异常。
4. AArch32_EL1，当CPU在EL0/1且为AArch32模式，触发了异常。
   说明：

1～2，CPU权限级没有发生变化。
3～4，CPU权限级升高了。
这四组是按照位置顺序来定义的。

5. 根据异常的类型，每一组又分为四个入口点

1. 同步指令类型，例如系统调用指令、访存的缺页故障等
2. IRQ中断类型，中断控制器GIC控制的一组外部设备中断
3. FIQ中断类型，中断控制器GIC控制的另一组外部设备中断
4. 系统错误类型，片上网络等相关部件故障中断（一般由具体CPU厂商定义的）
   说明：
   这四种类型是按照位置顺序来定义的。

6. 根据上述EL2异常向量表，当前Hyp模式下虚拟机监控器VMM仅仅支持AArch64模式的虚拟机的同步指令触发的异常。

1.ventry el1_sync 2.*_invalid

7. ventry代码分析，这是汇编宏。

.macro ventry label.align 7/*必须按照0x80长度对齐*/b \label/*虽然可以容纳0x80/4 =0x20条指令，但软件实现为直接跳转*/.endm

8. el1_sync代码分析，无返回无条件跳转到el1_sync中，返回采用异常返回eret指令，异常链接寄存器elr_el2已经保存了返回地址，即EL1中触发同步异常的下一条指令地址。

el1_sync:...ENDPROC(el1_sync)

cmp x0, #HVC_SET_VECTORS /*判断是否为HVC_SET_VECTORS调用*/b.ne 2f...2: cmp x0, #HVC_SOFT_RESTART /*判断是否为HVC_SOFT_RESTART调用*/b.ne 3f...3: cmp x0, #HVC_RESET_VECTORS/*判断是否为HVC_RESET_VECTORS调用*/beq 9f...9:...

1. 第一个参数x0是hcall的系统调用号，当前hcall的系统系统调用号为0/1/2

#define HVC_SET_VECTORS 0 设置新的异常向量表，参数x1为新表物理地址。
#define HVC_SOFT_RESTART 1 CPU软件启动
#define HVC_RESET_VECTORS 2 将异常向量表恢复到原始__hyp_stub_vectors
#define HVC_STUB_HCALL_NR 3#define HVC_STUB_ERR 0xbadca11

2. 如果调用号为HVC_SET_VECTORS(0)， 设置新的异常向量表调用

msr vbar_el2, x1 设置寄存器vbar_el2
mov x0, xzr 正常返回零
eret

3. 如果调用号为HVC_RESET_VECTORS(2)，恢复异常向量表（其实什么也没有做，直接返回）

mov x0, xzreret

4. 如果调用号为HVC_SOFT_RESTART，CPU软件启动
   执行下列代码之前，
   x1是CPU软件启动函数的首地址；
   x2/x3/x4是CPU软件启动函数的第一、二、三个参数

mov x0, x2mov x2, x4mov x4, x1mov x1, x3br x4 调用CPU软件启动函数之前，x0/x1/x2已经是第一、二、三个参数了。
mov x0, xzreret

5. 出错返回

ldr x0, =HVC_STUB_ERReret

9. 我们再看看虚拟机的内核如何实现HVC_SET/RESET_VECTORS

1. ENTRY(__hyp_set_vectors)

mov x1, x0mov x0, #HVC_SET_VECTORShvc #0retENDPROC(__hyp_set_vectors)

2. ENTRY(__hyp_reset_vectors)

mov x0, #HVC_RESET_VECTORShvc #0retENDPROC(__hyp_reset_vectors)

10. 最后我们看看虚拟机的内核如何实现HVC_SOFT_RESTART

1. 主要是调用__cpu_soft_restart(el2_switch, entry, arg0, arg1, arg2)

2. el2_switch表示CPU是否需要进入EL2权限级
3. entry表示软件启动CPU的代码地址
4. arg0/1/2软件启动CPU函数的参数

5. __cpu_soft_restart代码分析
   ENTRY(__cpu_soft_restart)mrs x12, sctlr_el1ldr x13, =SCTLR_ELx_FLAGSbic x12, x12, x13pre_disable_mmu_workaroundmsr sctlr_el1, x12isb 上面代码主要是将寄存器sctlr_el1的SCTLR_ELx_FLAGS对应的位清零
   cbz x0, 1f // el2_switch?mov x0, #HVC_SOFT_RESTARThvc #0 // no return1:下面代码是因为不希望CPU陷入EL2来处理。
   mov x18, x1 // entrymov x0, x2 // arg0mov x1, x3 // arg1mov x2, x4 // arg2br x18ENDPROC(__cpu_soft_restart)