📚 课程目录第1章 ARMv8架构概述

ARMv8架构概述：AArch64与AArch32执行状态、异常等级模型、寄存器组概览

各位好，欢迎来到《ARMv8性能调优与安全扩展调试实战》的第一章。咱们今天不绕弯子，直接聊聊ARMv8最核心的几个概念。说实话，我刚开始接触ARMv8的时候，也被那一堆新名词搞得有点晕。但后来发现，只要把执行状态、异常等级和寄存器组这三块吃透了，后面看什么都顺眼。

ARMv8最大的变化，就是引入了AArch64执行状态。这不是简单的"32位升级到64位"，而是整个架构的重新设计。

关键点：AArch64和AArch32是两种互斥的执行状态。处理器在复位时可以选择进入哪一种，但运行时不能在同一异常等级下混用。不过，不同异常等级可以运行不同的执行状态——比如EL3跑AArch64，EL0跑AArch32，这是完全允许的。

我个人习惯把AArch64看作一个"全新的起点"。它抛弃了ARMv7时代很多历史包袱，比如条件执行（除了分支指令）、LDM/STM这种批量加载存储指令，都砍掉了。为什么？为了简化硬件设计，提高频率。你想想看，一个指令里带4个条件位，解码器得多复杂。

ARMv8的异常等级模型，说白了就是给软件划分了四个"权限层级"。

EL0：用户态。跑应用程序，权限最低。不能直接操作硬件，不能配置MMU，连中断都碰不到。
EL1：操作系统内核态。Linux内核、RTOS都跑在这里。可以管理MMU、处理中断、调度任务。
EL2：虚拟机监视器（Hypervisor）。虚拟化场景下，Host VM跑在这里。我做过一个项目，需要在EL2拦截Guest OS对定时器的访问，那叫一个折腾。
EL3：安全监视器（Secure Monitor）。这是最高权限等级，负责安全世界和普通世界的切换。ARM TrustZone的根就在EL3。

避坑指南：我曾经在调试一个安全启动方案时，发现EL3的代码里不小心访问了EL2的寄存器，结果直接触发SError异常。记住：高等级可以访问低等级的资源，反过来不行。EL3能看EL2的配置，但EL2想读EL3的寄存器？门都没有。

异常等级之间通过异常来切换。比如应用程序（EL0）调用系统调用（SVC指令），就会触发一个同步异常，处理器提升到EL1，跳转到内核的异常向量表。这个过程涉及栈切换、寄存器保存、异常返回地址记录——嗯，细节后面章节会展开。

AArch64的寄存器组，比AArch32规整得多。咱们先看通用寄存器。

AArch64有31个通用寄存器，X0到X30。每个都是64位宽。访问低32位时，用W0~W30。比如：

// 64位操作
ADD X0, X1, X2      // X0 = X1 + X2

// 32位操作（高位自动清零）
ADD W0, W1, W2      // W0 = W1 + W2，X0的高32位清零

这里有个细节：X30是链接寄存器（LR），保存函数调用的返回地址。X29是帧指针（FP），用于栈回溯。X18是平台寄存器，一般不用，留给平台固件用。

注意：X0~X7用于传递参数和返回值。函数调用时，前8个参数放X0~X7，多余的压栈。返回值放X0。这是ARM64的调用约定（AAPCS64），写汇编时千万别搞混。

除了通用寄存器，还有一堆特殊寄存器。我挑几个最常用的说说：

访问系统寄存器，必须用MSR和MRS指令。不能像通用寄存器那样直接MOV。

// 读取当前异常等级
MRS X0, CurrentEL

// 设置VBAR_EL1
LDR X0, =my_vector_table
MSR VBAR_EL1, X0

// 写SPSR_EL1
MSR SPSR_EL1, X0

我记得刚学ARMv8时，总想用STR写系统寄存器，结果编译直接报错。后来养成了习惯：看到"系统寄存器"四个字，脑子里自动弹出MSR/MRS。

下面这张图，把执行状态、异常等级和寄存器组的关系串起来了。建议保存下来，后面章节会反复用到。

这一章我们覆盖了三个核心概念：