ARM64基础0：ARM64架构简介

女爷i 2022-08-29 05:59 418阅读 0赞

如题，一些ARM64通用的架构知识

# 1.ARMv8特色： #

(1) 超大的物理地址空间(Large Physical Address)，提供超过4GB物理内存的访问；  
(2) 64位宽的虚拟地址空间(64-bit Virtual Addresing);  
(3) 提供31个64位宽的通用寄存器，可以减少对栈的访问，从而提高性能；  
(4) 提供16KB和64KB的页面，有助于降低TLB的未命中率(miss rate);  
(5) 全新的异常处理模型，有助于降低操作系统和虚拟化的实现复杂度；  
(6)全新的加载-获取，存储-释放指令(Load-Acquire, Store-Release Instructions)。专门为C++11，C11以及Java内存模型设计；

# 2 执行状态 #

#### AArch64: 64位的执行状态： ####

(1) 提供31个64位通用寄存器；  
(2) 提供64位的程序计数器寄存器PC、栈指针寄存器SP以及异常链接寄存器；  
(3) 提供A64指令集；  
(4)定义ARMv8异常模型，支持4个异常等级，EL0~EL3;  
(5)提供64位的内存模型；  
(6)定义一组处理器状态(PSTATE)用来保存PE的状态；

#### AArch32: 32位的执行状态： ####

(1) 提供13个632位通用寄存器, 32位的程序计数寄存器PC、栈指针寄存器SP、链接寄存器；  
(2) 提供A32,T32指令集；  
(3)定义ARMv7异常模型，基于PE模式并映射到ARMv8的异常模型中；  
(4)提供32位虚拟内存访问机制；  
(5)定义一组处理器状态(PSTATE)用来保存PE的状态；

# 3. ARMv8包含的寄存器 #

## 3.1 ARMv8包含31个通用寄存器 ##

AArch64运行状态支持31个通用寄存器X0~X30，AArch32状态支持16个32位通用寄存器；  
X0~X30：通用寄存器；  
SP: 栈指针寄存器；  
PC：程序计数寄存器；

## 3.2 系统寄存器 ##

系统寄存器提供控制和状态，在AArch64状态下，很多系统寄存器根据不同的异常等级提供不同的变种寄存器：  
<reg\_name>\_ELx, x is 0,1,2, or 3  
比如SP\_EL0表示在EL0下的栈指针寄存器；

## 3.3 SIMD/FP寄存器： ##

支持128bit寄存器

## 3.4 特殊寄存器 ##

XZE

# 4.数据类型 #

Byte: 8bit  
Halfword: 16bit  
Word: 32bit  
Doubleworld: 64bit  
Quadword: 128bit

# 5.异常模型 #

Exception Levels确定了处理器当前运行的特权级别，类似ARMv7架构中的特权等级  
EL0: 用户特权，用于运行普通应用程序；  
EL1: 系统特权，通常用于运行操作系统；  
EL2: 运行虚拟化扩展的虚拟监控程序(Hypervisor);  
EL3: 运行安全世界中的安全监控器(Secure Monitor);

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">异常级别</th> 
   <th align="left">应用场景</th> 
   <th align="left">安全世界</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">EL0</td> 
   <td align="left">APP</td> 
   <td align="left">Secure OS</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">EL1</td> 
   <td align="left">Guest OS</td> 
   <td align="left">sECURE OS</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">EL2</td> 
   <td align="left">Hypervisor</td> 
   <td align="left">Secure Hypervisor</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">EL3</td> 
   <td align="left">Secure—&gt;</td> 
   <td align="left">–&gt;monitor</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 6.A64汇编指令介绍： #

1.A64指令集只能运行在aarch64环境中；  
2.所有的A64汇编指令都是32bit宽；  
3.A64支持全部大写或小写书写方式；  
4.寄存器命名,

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th align="left">Name</th> 
   <th align="left">size</th> 
   <th align="left">Encoding</th> 
   <th align="left">Descriptio</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td align="left">Wn</td> 
   <td align="left">32bits</td> 
   <td align="left">0~30</td> 
   <td align="left">General-purpose register0~30</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">Xn</td> 
   <td align="left">64bit</td> 
   <td align="left">0~30</td> 
   <td align="left">General-purpose register0~30</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">WZR</td> 
   <td align="left">32bits</td> 
   <td align="left">31</td> 
   <td align="left">Zero register</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">XZR</td> 
   <td align="left">64bit</td> 
   <td align="left">31</td> 
   <td align="left">Zero register</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">WSP</td> 
   <td align="left">32bits</td> 
   <td align="left">31</td> 
   <td align="left">Current stack pointer</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td align="left">SP</td> 
   <td align="left">64bit</td> 
   <td align="left">31</td> 
   <td align="left">Current stack pointer</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 7.A64指令分类 #

内存加载和存储指令：  
多字节内存加载和存储：  
算术和移位指令：  
位操作指令：  
条件操作：  
跳转指令：  
独占访存指令：  
内存屏障指令：  
异常处理指令：  
系统寄存器访问指令：