46 | AArch64体系：ARM最新编程架构模型剖析
LMOS
该思维导图由 AI 生成，仅供参考
你好，我是 LMOS。
在今天，Andriod+ARM 已经成了移动领域的霸主，这与当年的 Windows+Intel 何其相似。之前我们已经在 Intel 的 x86 CPU 上实现了 Cosmos，今天我会给你讲讲 ARM 的 AArch64 体系结构，带你扩展一下视野。
首先，我们来看看什么是 AArch64 体系，然后分析一下 AArch64 体系有什么特点，最后了解一下 AArch64 体系下运行程序的基础，包括 AArch64 体系下的寄存器、运行模式、异常与中断处理，以及 AArch64 体系的地址空间与内存模型。
话不多说，下面我们进入正题。
什么是 AArch64 体系
ARM 架构在不断发展，现在它在各个领域都得到了非常广泛地应用。
自从 Acorn 公司于 1983 年开始发布第一个版本，到目前为止，有九个主要版本，版本号由 1 到 9 表示。2011 年，Acorn 公司发布了 ARMv8 版本。
ARMv8 是首款支持 64 位指令集的 ARM 处理器架构，它兼容了 ARMv7 与之前处理器的技术基础，同样它也兼容现有的 A32（ARM 32bit）指令集，还扩充了基于 64bit 的 AArch64 架构。
下面我们一起来看看 ARMv8 一共定义了哪几种架构，一共有三种。
1.ARMv8-A（Application）架构，支持基于内存管理的虚拟内存系统体系结构（VMSA），支持 A64、A32 和 T32 指令集，主打高性能，在我们的移动智能设备中广泛应用。
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ARMv8是ARM处理器架构的最新版本，其中的AArch64体系结构支持64位指令集，广泛应用于移动智能设备。该体系结构包括通用寄存器、特殊寄存器和系统寄存器，用于访问系统配置。在AArch64体系下，CPU工作模式包括用户模式、特权模式和异常模式，通过软件控制或外部中断触发进行切换。AArch64体系处理中断时，根据异常级别进行切换，保存相应寄存器信息，并跳转到中断向量表中的地址执行相应代码。此外，AArch64体系还支持内存访问和保护，包括内存地址空间的寻址和内存空间的映射和转换。这些特性使得AArch64体系在移动领域具有重要意义，为读者提供了深入了解ARM处理器架构的机会。ARMv8的下一代芯片架构ARMv9也已经公布部分技术细节，将在CPU性能、安全性、AI支持等方面有显著提升，预计将在2022年正式面世。
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neohope非特权状态EL0：运行用户应用程序，无论安全状态还是非安全状态； 特权El1：安全状态下运行操作系统OS；非安全状态下运行虚拟机GuestOS； 特权EL2：安全状态下没有这一级别；非安全状态下运行Hypervisor，为GuestOS提供支持； 特权EL3：运行Secure monitor，管理安全状态与非安全状态的切换；作者回复: 正确的
2021-08-256
pedro2个特级权，分别是用户态和特权态，但却有7种工作模式，除了用户模式，其它均在特权态，特权态拥有全部权限，可访问一切资源。 信息量太大了，真就南孚聚能环，一节更比六节强！作者回复: 3级
2021-08-235
无凉通篇粗读下来学到了很多编辑回复: 欢迎开启多周目学习，温故知新，也欢迎多多留言分享学习感悟～
2023-04-23归属地：上海
VMNode流程图中的 开中断 关中断 最好改为 进入中断处理，结束中断处理函数作者回复: 为什么 呢
2022-08-22归属地：湖北2
白雲城主用户态EL0 只能切换到EL1 内核态，其通过调用svc 指令实现，调用后的寄存器变化如下 1. 将当前EL0等级的PC 指针存储在 ELR_EL1寄存器中，硬件自动完成. 2. 将当前EL0等级的PSATE 赋值给 SPSR_EL1 寄存器，硬件自动完成. 3. 根据当前处理器的状态将PSTATE 值更新，硬件自动完成. 4. 根据SPSEL 寄存器选择使用的栈指针 0: 使用SP_EL0 1: 使用SP_EL1 . Exception Handler 执行完后需要软件上主动调用 ERET 指令来返回，执行后寄存器变化如下 1. 自动将 ELR_EL1 寄存器值加载到PC，硬件自动完成 2. 自动将SPSR_EL1 寄存器值加载到PSTATE，硬件自动完成作者回复: 6666
2022-03-04
苏流郁宓知识量过大，二刷课程还是有很多看不懂（不是本节，不能理解透）的啊！ 有个不懂的问题，既然cpu用到分支预测，那么优化指令集是不是也会对预测有帮助呀？（不只是cisc与Risc对比，不同的risc指令集也可以比的），俺认为是可以的！作者回复: 是的 你思考的对
2022-02-04- 苏流郁宓有了 MMU 硬件转换机制，操作系统只需要控制页表就能控制内存的映射和隔离了。 可以理解成ARM处理器对内存利用权限的限制更严格，非特定的特权模式，仅在系统模式下，运行在ARm上的系统不能直接修改内存地址，从而进行内存保护。而是通过mmu页表的变动来影响内存数据（内存地址）的变动吗？
作者回复: 最后一句不准确
2021-08-23 - 苏流郁宓3个特权级，6个特权模式？
作者回复: 不对
2021-08-23 
木易杨arm的指令集没有实模式，保护模式这个说法吧2023-12-12归属地：湖北
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