汽车MCU虚拟化--对中断虚拟化的思考(2)_mcu为何要引入hypervisor

目录

1.引入

2.TC4xx如何实现中断虚拟化

3.小结

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1.引入

其实不管内核怎么变，针对中断虚拟化无非就是上面两种，要么透传给VM，要么由Hypervisor统一分发。汽车MCU虚拟化--对中断虚拟化的思考(1)-CSDN博客

那么，作为车规MCU龙头的英飞凌在TC4xx是如何考虑中断虚拟化的呢？

2.TC4xx如何实现中断虚拟化

TC4xx的内核为TC1.8，支持虚拟化功能，

每个核有三套独立硬件资源HRHV、HRA、HRB，可支持最大8个VM，其中VM0运行hypervisor，VM1运行实时虚拟机，VM2-7运行其他VM，如下图所示：

图 15

• HRVH – Hypervisor hardware resource（VM0）
• HRA – Real time virtual machine hardware resource (VM1)
• HRB – Other virtual machine hardware resource (VM2-7)

上面提到，既然每个核支持最大8个VM，那么针对中断的处理也有对应8套资源，这里我们回到开头那几个问题：

• 假设被分配到的VM此时还没有运行怎么办？
• 假设被分配到的VM此时正在处理中断怎么办？

首先来看图说话，如下：

正常时间片为2000us，VM1占用500us，VM2占用1000us，VM3占用500us；

当VM2正在运行时，此时来了一个VM1的中断，该中断可以抢占VM2的时间，所以此时Hyperviosr需要将VM2的上下文保存，并切换到VM1，让其完成ISR处理，然后恢复现场VM2继续运行；

当VM3正在运行时，此时来了一个VM2的中断，但它不可抢占VM3的时间，所以需要VM3运行完毕后切换到VM2的ISR进行处理，当然这里也挤压了VM1的时间。

TC4xx是如何实现上述功能的呢？

在他们的设计中，每个中断SRN都可以被拓展分配给1个VM；每个VM都有自己独立的中断状态控制寄存器，包括当前VM中断系统是否使能(简称VMIE)、当前VM的优先级(简称VMCP)、Pending中断优先级(简称VMPIP)；

为了实现运行VM在收到其他VM中断时可被抢占，新增了抢占阈值寄存器，简称THR，好玩的就来了。

假设当前正在运行VM1，此时来了一个VM0的中断，如果此时进来的Pending中断优先级高于VM0配置的抢占阈值，同时高于VM0的当前优先级，那么Hypervisor就需要进行上下文切换，返回到VM0处理中断，伪代码如下：

if (INT.VM_coming == current VM)
{
        if ((VMPIP > VM_coming.VMCP) && (VM_coming.IE )
        {
               isr_routine();
        }
        else
        {
                Keep INT Pending
        }
}
else (INT.vm_coming == VM0 )
{
        if ((VMPIP > VM0.VMCP) && (VMPIP > VM0.THR)
 
        {
            Switch to HRHV    
            isr_routine();
        }
        else
 
        {
            Keep INT Pending
        }
}

同理，如果当前VM0、VM1、VM2同时运行，也需要执行上述步骤，只是在VM2如果要抢占VM1时，需要在Hypervisor模式下首先保存VM1的上下文到HRA，然后切换到HRB，让VM2进行中断处理。

本质上，这样的机制和透传很像，只是我们可以通过Hypervisor配置每个VM的中断状态控制器寄存器、抢占阈值寄存器来实现中断实时性的控制， 例如：

当我们把阈值配置为最大时，此时谁也无法进行抢占(Trap除外)，只能得到时间片走完；如果阈值配置为最小，那就是直接透传，这时候性能最优。

3.小结

上面几节内容，记录了我对于中断虚拟化的思考过程。

其实在车载领域，特别是座舱域，仪表和中控是肯定要跑虚拟化的，目前用的最多是QNX Hypervisor，它关于CPU虚拟化、内存虚拟化、中断虚拟化、虚拟机通信等的视线对于目前MCU上Hypervisor应该是有借鉴意义。