ARMv8架构简介

ARM结构，一直都在升级，到目前，已经升级到了ARMv8。

ARMv8，提出了很多新的概念。

一、两种执行状态

在ARMv8中，引入了两种执行状态：
◾ AArch32
◾ARMv7的升级版
◾ A32(ARM)和T32(thumb)，两种指令集
ARMv8架构中，增加了一些指令
◾传统ARM的特权模式
◾通用寄存器位宽是32bit
◾ 使用单一CPSR保存PE状态
◾使用32bit的虚拟地址
◾支持协处理器
◾ AArch64
◾ 通用寄存器位宽是64bit
◾ 提供64bit PC，SP 和 ELR（exception-link-register）
◾新的指令集-A64，固定32bit的指令集
◾新的特权模式
◾使用一组PSTATE保存PE状态
◾不支持协处理器
◾使用64bit虚拟地址

AArch32（简称A32），兼容以前的arm指令，包括ARM和thumb指令，而AArch64，是全新的指令集，不兼容以前的arm指令。对于A64，使用64bit的虚拟地址，因此支持操作更大的memory空间。而pc也是64bit，因此可以在更大的memory空间上取指令执行。

可以认为AArch64(简称A64)，是全新的ARM指令，和以前ARM指令完全不一样，因此区别也是比较大的。推出全新的指令集，是为了设计出更高性能的CPU。

二、特权模式与安全状态

1、特权模式

A64中，提出了全新的特权模式，不再使用A32中所使用的7种复杂的特权模式。

A64提出了简单的4种特权模式EL(exception level)，分别是EL0，EL1，EL2，EL3。

EL0 ：运行应用程序

EL1 ：运行操作系统

EL2 ：运行虚拟机

EL3 ：运行安全管理

其中EL3的运行权限最高，EL0的运行权限最低。运行权限，会影响资源的访问。

ARMv8虽然定义了EL2和EL3，但是这两个EL不是一定要实现的。可以根据自己的需求，进行裁剪，或者都实现，或者都不实现，或者只实现一个。但EL0和EL1肯定是要实现的。

对于A32，还是兼容之前的特权模式。而每个特权模式，其实和A64的EL是有对应关系的。

对于A32：

◾ user特权模式，对应于A64的EL0。

◾ supervisor, abort, undef, system, irq, fiq六种特权模式，对应于A64的EL1。

◾ hyp对应于A64的EL2，运行虚拟机。

◾ mon对应于A64的EL3，运行安全管理。

同理，hyp和mon不是一定要实现的。但7种特权模式，肯定是要实现的。

2、安全状态

ARMv8中，引入了两种安全状态：

◾ secure state

◾non-secure state

这里的安全状态，主要是影响资源的访问，比如memory，系统寄存器等。

对于memory，有时候需要做数据隔离，用于保护数据的安全性。因此就可以将memory分成两个区域，secure区域和non-secure区域。对于secure的memory区域，只允许secure状态去访问，而对于non-secure的memory区域，允许secure状态和non-secure状态都可访问。这样可以保护数据的安全。

对于系统寄存器，有些系统寄存器限制了最低EL的访问，这样可以有效的保护系统。不让低EL运行的程序，误操作这些系统寄存器而使整个系统崩溃掉。

对于EL1和EL0，可以是non-secure状态，也可以是secure状态。

对于EL2，只能是non-secure状态。据说最新的ARMv8.4，EL2可以是secure状态。

对于EL3，只能是secure状态。

secure和non-secure状态的切换，只能通过EL3进行切换，也就是如果想从non-secure的EL0切换到secure的EL0，首先要先从non-secure的EL0，通过异常切换到EL3，然后再通过异常，返回到secure的EL0。