ARM64基礎0：ARM64架構簡介

如題，一些ARM64通用的架構知識

1.ARMv8特色：

(1) 超大的實體位址空間(Large Physical Address)，提供超過4GB實體記憶體的通路；

(2) 64位寬的虛拟位址空間(64-bit Virtual Addresing);

(3) 提供31個64位寬的通用寄存器，可以減少對棧的通路，進而提高性能；

(4) 提供16KB和64KB的頁面，有助于降低TLB的未命中率(miss rate);

(5) 全新的異常處理模型，有助于降低作業系統和虛拟化的實作複雜度；

(6)全新的加載-擷取，存儲-釋放指令(Load-Acquire, Store-Release Instructions)。專門為C++11，C11以及Java記憶體模型設計；

2 執行狀态

AArch64: 64位的執行狀态：

(1) 提供31個64位通用寄存器；

(2) 提供64位的程式計數器寄存器PC、棧指針寄存器SP以及異常連結寄存器；

(3) 提供A64指令集；

(4)定義ARMv8異常模型，支援4個異常等級，EL0~EL3;

(5)提供64位的記憶體模型；

(6)定義一組處理器狀态(PSTATE)用來儲存PE的狀态；

AArch32: 32位的執行狀态：

(1) 提供13個632位通用寄存器, 32位的程式計數寄存器PC、棧指針寄存器SP、連結寄存器；

(2) 提供A32,T32指令集；

(3)定義ARMv7異常模型，基于PE模式并映射到ARMv8的異常模型中；

(4)提供32位虛拟記憶體通路機制；

(5)定義一組處理器狀态(PSTATE)用來儲存PE的狀态；

3. ARMv8包含的寄存器

3.1 ARMv8包含31個通用寄存器

AArch64運作狀态支援31個通用寄存器X0~X30，AArch32狀态支援16個32位通用寄存器；

X0~X30：通用寄存器；

SP: 棧指針寄存器；

PC：程式計數寄存器；

3.2 系統寄存器

系統寄存器提供控制和狀态，在AArch64狀态下，很多系統寄存器根據不同的異常等級提供不同的變種寄存器：

<reg_name>_ELx, x is 0,1,2, or 3

比如SP_EL0表示在EL0下的棧指針寄存器；

3.3 SIMD/FP寄存器：

支援128bit寄存器

3.4 特殊寄存器

XZE

4.資料類型

Byte: 8bit

Halfword: 16bit

Word: 32bit

Doubleworld: 64bit

Quadword: 128bit

5.異常模型

Exception Levels确定了處理器目前運作的特權級别，類似ARMv7架構中的特權等級

EL0: 使用者特權，用于運作普通應用程式；

EL1: 系統特權，通常用于運作作業系統；

EL2: 運作虛拟化擴充的虛拟監控程式(Hypervisor);

EL3: 運作安全世界中的安全監控器(Secure Monitor);

異常級别	應用場景	安全世界
EL0	APP	Secure OS
EL1	Guest OS	sECURE OS
EL2	Hypervisor	Secure Hypervisor
EL3	Secure—>	–>monitor

6.A64彙編指令介紹：

1.A64指令集隻能運作在aarch64環境中；

2.所有的A64彙編指令都是32bit寬；

3.A64支援全部大寫或小寫書寫方式；

4.寄存器命名,

Name	size	Encoding	Descriptio
Wn	32bits	0~30	General-purpose register0~30
Xn	64bit	0~30	General-purpose register0~30
WZR	32bits	31	Zero register
XZR	64bit	31	Zero register
WSP	32bits	31	Current stack pointer
SP	64bit	31	Current stack pointer

7.A64指令分類

記憶體加載和存儲指令：

多位元組記憶體加載和存儲：

算術和移位指令：

位操作指令：

條件操作：

跳轉指令：

獨占訪存指令：

記憶體屏障指令：

異常處理指令：

系統寄存器通路指令：