一、ARM64布局介绍
1.1 ARMv8-A 架构介绍
ARMv8-A是ARM公司发布的第一代支持64位处理器的指令集架构，他在扩充64位寄存器的同时提供对上一代架构指令集的兼容，因而可以同时运行32位和64位应用程序的执行环境。ARMv8-A 架构除了提高了处理能力外，还引入了新的特性：
- 通过超大物理地点空间，提供凌驾4GB物理内存的访问
- 具有64位宽的地点空间
- 提供31个64位的通用寄存器，可以淘汰对栈的访问，从而提高性能
- 提供16KB和64KB的页，有助于低落TLB的未命中率
1.2 ARM64根本概念
ARM处理器实现的是RISC架构，本节介绍ARMv8-A架构的一些根本概念
1.处理单元
ARMv8-A可以把处理器处理事件的过程抽象为处理单元Processing Element
2.执行状态
执行状态是处理器运行时的环境，包罗寄存器位宽、支持的指令集、非常模型、内存管理以及编程模型。ARMv8-A架构定义了两种执行模式
- AArch64
- 支持64位执行，处理器寄存器宽度为64位，可以大概处理更大的整数和更大范围的内存地点。
- 使用全新的A64指令集，这个指令集设计更简洁、统一，支持64位操纵数和寄存器。
- 拥有31个通用寄存器（X0-X30），每个寄存器64位。尚有专门的栈指针（SP）、链接寄存器（LR）和程序计数器（PC）
- 支持更大的物理和假造地点空间，物理地点最高支持到48位，假造地点空间可达64位（通常实现上限制为48位或52位）。
- 引入了新的非常模型、更先进的系统级指令和特性（如新的中断处理机制、系统寄存器布局等）。
- AArch32
- 支持32位执行，处理器寄存器宽度为32位，主要用于向后兼容32位ARM代码。
- 使用传统的ARM和Thumb指令集，即ARMv7及更早版本中使用的32位指令集。
- 有16个通用寄存器（R0-R15），每个寄存器32位。R13通常用作栈指针（SP），R14用作链接寄存器（LR），R15用作程序计数器（PC）。
- 物理地点最高支持到40位，假造地点空间限制在32位。
- 延续了ARMv7的非常模型和系统级特性。
3.ARMv8指令集
ARMv8根据不同的执行状态提供对不同指令集的支持
- A64指令集：运行在AArch64状态，提供64位指令集支持
- A32指令集：运行在AArch32状态，提供32位指令集支持
- T32指令集，运行在AArch32状态，提供32位和16位指令集支持
4.系统寄存器命名
AArch64状态下，很多系统寄存器会根据不同的非常等级提供不同的变种寄存器
<register_name>_ELx, where x is 0,1,2 or 3
比如SP_EL0表示EL0下的栈指针寄存器
1.3 ARMv8处理器的运行状态
AArch64架构的非常等级确定了处理器当前运行的特权级别，类似于ARMv7架构中的特权等级。一样平常分为四个等级：
- EL0：用户特权，用于运行普通用户程序
- EL1：系统特权，通常用于运行操纵系统
- EL2：运行假造化扩展的假造监控程序（hypervisor）
- EL3：运行安全天下中的安全监视器
2 ARMv8寄存器
2.1 通用寄存器
AArch64运行状态支持31个64位通用寄存器，分别是x0~x30，AArch32支持16个通用寄存器。其中ARM64架构的函数调用标准和规范对此有所约定
在AArch64运行状态下，使用X表示通用寄存器，比如X0，X30.另外可以使用W开头表示只是用低32位的寄存器
2.2 处理器状态寄存器
在ARMv7架构中使用CPSR表示当前处理器状态，而在AArch64架构中使用的是处理器状态寄存器（PSTATE），如图
字段描述N负数标记位Z零标记位C进位标记位V有符号数溢出标记位SS软件单步，若为1则表示进行非常处理的时候使用了软件单步功能IL不正当的一场状态nRW当前执行状态：1为AArch32，0为AArch64EL非常等级，从0到3SP选择栈指针寄存器，在运行在不同的非常等级时，处理器可以运行在不同的SP_ELn栈指针寄存器中，该标记位标记使用哪个栈指针寄存器D调试位，用于在非常处理过程中打开调试断点和软件单步功能A用于屏蔽系统错误I用于频闭IRQF用来频闭IFQPAN特权不访问UAO用户特权覆盖标记位 2.3 特殊寄存器
- 0寄存器：ARMv8架构提供两个0寄存器，这两个寄存器的内容都是全9，可以用作源或目标寄存器，其中XZR是64位，WZR是32位
- 栈指针寄存器：共有4个栈指针寄存器，每一个栈指针寄存器对应一个非常等级
- PC寄存器，程序指针寄存器
- 非常链接寄存器ELR：用于存放非常返回的地点
- 保存状态寄存器：当我们进行非常处理的时候，处理器状态寄存器PSTATE会复制到非常状态寄存器SPSR中，处理完成后，再把SPSR中的值规复到PSTATE中。
3.A64指令集
A64的常规指令如加减乘除，条件判断指令在此不赘述，主要介绍一些具有一定特殊性的指令
3.1 内存屏蔽指令
ARMv8是吸纳了弱一致性的内存模型，因此内存访问的序次大概和程序预期的序次不一致，因此A54提供了内存屏蔽指令
指令描述DMB数据存储屏蔽，用于确保执行新的存储器访问之前，所有的存储器访问均已完成DSB数据同步屏蔽，用于确保下一条指令执行前，所有存储器的访问均已完成ISB指令同步屏蔽，用于清空当前流水线，确保在执行新的指令前，之前的指令都已完成 3.2 独占内存访问指令
ARMv7和v8都提供了独占内存指令，在A64中，LDXR指令尝试在内存总线中申请独占访问的锁，用于独占访问某个内存地点。STXR指令会往刚才指令已经申请独占访问的内存地点中写入新内容。这两个指令一样平常会组合使用以完成一些同步操纵，比如说Linux内核的自旋锁。当然，如果必要多字节独占访问，请使用LDXP和STXP
4. ARM64非常处理
在ARM64架构中，中断属于非常的一种。
4.1 非常范例
- 中断
在ARM处理器中，有两种中断，分别是FIQ和IRQ，FIQ的优先级要高于IRQ，在芯片内部，分别由IRQ和FIQ两根中断线连接到处理器内部，而SoC则有一个专门的中断处理器，浩繁外部装备会将中断引脚连接到中断处理器，由中断处理器负责优先级调度，然后发送中断信号给处理器。
- 非常
中断abort主要有指令中断和数据中断两种，通常是由于访问外部存储单元的时候发生了错误，处理器内部的MMU（Memory Management Unit）会捕获这些错误并且报告给处理器。
- 复位
复位reset是优先级最高的一类非常处理，复位操纵包罗上电复位和手动复位
- 软件产生的非常
ARMv8提供了三种软件产生的非常，发生非常每每是软件试图进入更高的非常等级。包罗如下几种：
SVC指令：允许用户模式下的程序请求操纵系统的服务
HVC指令，允许客户机请求主机服务
SMC指令：允许普通天下（normals world）请求安全监控服务
4.2 非常的发生和退出
当非常发生的时候，CPU核心可以大概感知到非常的发生，并且根据对应目标非常等级进行以下操纵：
- 将处理器状态寄存器PSTATE存到对应目标非常等级的SPSR_ELx中
- 将返回地点保存在对应目标非常等级的SPSR_ELx中
- 吧PSTATE寄存器中的DAIF域都设置为1，这相当于把调试非常、系统错误、IRQ和FIQ都关闭了，也就是关中断
- 如果出现同步非常，则通过查看ESR_ELx寄存器获知详细信息
- 设置栈指针，指向对应目标非常等级下的栈，自动切换SP为SP_ELx
- CPU从非常发生现场的非常等级切换到对应目标非常等级，然后跳转到非常向量表并执行
上述是ARMv8检测到非常后自动做的事变，接下来由操纵系统接手，操纵系统会从中断向量表开始，根据非常范例，跳转到合适的非常向量表，非常向量表中会保存有每一种非常的处理函数的跳转指令，然后操纵系统跳转到对应非常处理函数位置开始处理。
当操纵系统的非常处理完成之后，执行eret指令就可以从非常返回，这条指令会：
- 从ELR_ELx中规复PC指针
- 从SPSR_ELx规复处理器状态，此时此刻SPSR_ELx内容覆写回PSTATE，此时也会将关闭的中断打开
4.3 非常向量表
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