sPAPR 的 XIVE（pseries 机器）

POWER9 处理器引入一种新的中断控制器架构，称为 XIVE，即“外部中断虚拟化引擎” （eXternal Interrupt Virtualization Engine）。它支持更多中断源，并提供虚拟化功能， 使硬件无需 hypervisor 协助即可将中断直接投递给虚拟处理器。

使用 POWER9 处理器的 QEMU pseries 机器（符合 PAPR）可以运行在两种中断模式下：

• 传统兼容模式

  hypervisor 提供与 PAPR+ 2.7 版相同的接口和类似的功能。这是默认模式。

  在 QEMU 中也称为 XICS。

• XIVE 原生利用模式

  hypervisor 提供新的接口来管理 XIVE 控制结构，并通过 MMIO 页面提供直接的 中断管理控制。

机器可使用哪些中断模式，在客户端架构支持（Client Architecture Support）协商 过程中与客户机操作系统协商确定。两种模式互斥。

两种中断模式共用同一 IRQ 编号空间。其布局见下文。

CAS 协商

QEMU 通过设备树属性 ibm,arch-vec-5-platform-support 的第 23 字节公布支持的 中断模式；操作系统对 XIVE 的选择由 ibm,architecture-vec-5 属性的第 23 字节表示。

机器支持的中断模式取决于 CPU 类型（XIVE 要求 POWER9），也取决于可在命令行设置的 机器属性 ic-mode。其可取值为 xics、xive 和默认的 dual。 dual 表示同时支持 XICS 和 XIVE；如果客户机操作系统支持 XIVE，便选择 XIVE。

选定的中断模式在机器复位期间完成重新配置后激活。

KVM 协商

客户机在 KVM 下启动时，也会协商主机内核与 QEMU 的能力。KVM 是否向 QEMU 公布 XIVE 能力，取决于主机内核版本。

不过，机器可用的中断模式不应依赖主机的 XIVE KVM 能力。对于不支持 XIVE KVM 的旧版 内核，QEMU 回退使用仿真的 XIVE 设备；对于较新的内核（>=5.2），则使用 KVM XIVE 设备。

KVM 嵌套客户机，即运行于 L1 hypervisor 下的虚拟机（pSeries 上的 KVM），不支持 XIVE 原生利用模式。在这种情况下，hypervisor 不公布该 KVM 能力，QEMU 使用仿真的 XIVE 设备，与旧版 KVM 相同。

用户还可通过机器选项 kernel_irqchip 控制是否使用 KVM 设备。

KVM 支持 XIVE

对于支持 XIVE 的客户机操作系统，在支持 XIVE KVM 的主机内核上，最终中断模式如下：

ic-mode	kernel_irqchip
/	allowed (默认)	off	on
dual (默认)	XIVE KVM	XIVE 仿真	XIVE KVM
xive	XIVE KVM	XIVE 仿真	XIVE KVM
xics	XICS KVM	XICS 仿真	XICS KVM

对于不支持 XIVE 的传统客户机操作系统，最终中断模式如下：

ic-mode	kernel_irqchip
/	allowed (默认)	off	on
dual (默认)	XICS KVM	XICS 仿真	XICS KVM
xive	QEMU 错误 (3)	QEMU 错误 (3)	QEMU 错误 (3)
xics	XICS KVM	XICS 仿真	XICS KVM

3. QEMU 在 CAS 阶段失败，并报错 Guest requested unavailable interrupt mode (XICS), either don't set the ic-mode machine property or try ic-mode=xics or ic-mode=dual

KVM 不支持 XIVE

对于支持 XIVE 的客户机操作系统，在不支持 XIVE KVM 的主机内核上，最终中断模式如下：

ic-mode	kernel_irqchip
/	allowed (默认)	off	on
dual (默认)	XIVE 仿真 (1)	XIVE 仿真	QEMU 错误 (2)
xive	XIVE 仿真 (1)	XIVE 仿真	QEMU 错误 (2)
xics	XICS KVM	XICS 仿真	XICS KVM

1. QEMU 发出警告 warning: kernel_irqchip requested but unavailable: IRQ_XIVE capability must be present for KVM。 在某些情况下（旧版主机内核或 KVM 嵌套客户机），复位时销毁设备可能引发 QEMU/KVM 不兼容。QEMU 失败并报错 KVM is incompatible with ic-mode=dual,kernel-irqchip=on。

2. QEMU 失败并报错 kernel_irqchip requested but unavailable: IRQ_XIVE capability must be present for KVM。

对于不支持 XIVE 的传统客户机操作系统，最终中断模式如下：

ic-mode	kernel_irqchip
/	allowed (默认)	off	on
dual (默认)	QEMU 错误 (4)	XICS 仿真	QEMU 错误 (4)
xive	QEMU 错误 (3)	QEMU 错误 (3)	QEMU 错误 (3)
xics	XICS KVM	XICS 仿真	XICS KVM

3. QEMU 在 CAS 阶段失败，并报错 Guest requested unavailable interrupt mode (XICS), either don't set the ic-mode machine property or try ic-mode=xics or ic-mode=dual。

4. 复位时销毁设备导致 QEMU/KVM 不兼容。QEMU 失败并报错 KVM is incompatible with ic-mode=dual,kernel-irqchip=on。

XIVE 设备树属性

选择 XIVE 原生利用模式 时，PAPR 中断控制器节点应包含以下属性：

• device_type

  值应为 "power-ivpe"。

• compatible

  值应为 "ibm,power-ivpe"。

• reg

  包含用户级和客户机操作系统级线程中断管理区域（TIMA）的基地址和大小。 目前只使用客户机操作系统级区域。

• ibm,xive-eq-sizes

  事件队列的大小。每种支持的大小占用一个单元，包含该大小的 log2 值，按升序排列。

• ibm,xive-lisn-ranges

  分配给客户机用于 IPI 的 IRQ 中断编号范围。

根节点还导出：

• ibm,plat-res-int-priorities

  包含 hypervisor 为自身使用而保留的优先级列表。

IRQ 编号空间

pseries 机器的 IRQ 编号空间为 8K，两种中断模式共用。各范围定义如下：

• 0x0000 .. 0x0FFF 4K 个 CPU IPI（仅在 XIVE 下使用）

• 0x1000 .. 0x1000 1 个 EPOW

• 0x1001 .. 0x1001 1 个 HOTPLUG

• 0x1002 .. 0x10FF 未使用

• 0x1100 .. 0x11FF 256 个 VIO 设备

• 0x1200 .. 0x127F PHB 设备的 32x4 个 LSI

• 0x1280 .. 0x12FF 未使用

• 0x1300 .. 0x1FFF PHB MSI（动态分配）

监视 XIVE

可以使用监视器命令 info pic 查询 XIVE 中断控制器的状态。输出分为两部分。

首先，转储每个 CPU 的线程中断上下文寄存器状态：

(qemu) info pic
CPU[0000]:   QW   NSR CPPR IPB LSMFB ACK# INC AGE PIPR  W2
CPU[0000]: USER    00   00  00    00   00  00  00   00  00000000
CPU[0000]:   OS    00   ff  00    00   ff  00  ff   ff  80000400
CPU[0000]: POOL    00   00  00    00   00  00  00   00  00000000
CPU[0000]: PHYS    00   00  00    00   00  00  00   ff  00000000
...

对于 pseries 机器，QEMU 充当 hypervisor，因此只有 O/S 和 USER 寄存器环有意义。 W2 包含 vCPU 的 CAM 行，其值设置为 VP 标识符。

随后是汇总 EAS 和 END 配置的路由信息：

...
LISN         PQ    EISN     CPU/PRIO EQ
00000000 MSI --    00000010   0/6    380/16384 @1fe3e0000 ^1 [ 80000010 ... ]
00000001 MSI --    00000010   1/6    305/16384 @1fc230000 ^1 [ 80000010 ... ]
00000002 MSI --    00000010   2/6    220/16384 @1fc2f0000 ^1 [ 80000010 ... ]
00000003 MSI --    00000010   3/6    201/16384 @1fc390000 ^1 [ 80000010 ... ]
00000004 MSI -Q  M 00000000
00000005 MSI -Q  M 00000000
00000006 MSI -Q  M 00000000
00000007 MSI -Q  M 00000000
00001000 MSI --    00000012   0/6    380/16384 @1fe3e0000 ^1 [ 80000010 ... ]
00001001 MSI --    00000013   0/6    380/16384 @1fe3e0000 ^1 [ 80000010 ... ]
00001100 MSI --    00000100   1/6    305/16384 @1fc230000 ^1 [ 80000010 ... ]
00001101 MSI -Q  M 00000000
00001200 LSI -Q  M 00000000
00001201 LSI -Q  M 00000000
00001202 LSI -Q  M 00000000
00001203 LSI -Q  M 00000000
00001300 MSI --    00000102   1/6    305/16384 @1fc230000 ^1 [ 80000010 ... ]
00001301 MSI --    00000103   2/6    220/16384 @1fc2f0000 ^1 [ 80000010 ... ]
00001302 MSI --    00000104   3/6    201/16384 @1fc390000 ^1 [ 80000010 ... ]

中断源信息和配置：

• LISN 列输出源中断编号（范围为 [ 0x0 ... 0x1FFF ]），以及其类型： MSI 或 LSI。

• PQ 列反映源的 PQ 位状态：

  • -- 源已准备好接收事件

  • P- 已发送事件，等待 EOI

  • PQ 事件已排队

  • -Q 源已关闭

  M 表示源在 EAS 层级被 屏蔽。

目标配置：

• EISN 列为将加入操作系统事件队列的事件数据。

• CPU/PRIO 列是定义服务此源的 CPU 编号和优先级队列的元组。

• EQ 列输出：

  • 事件队列的当前索引／最大条目数

  • 操作系统事件队列地址

  • 翻转位

  • 最近推入事件队列的条目。