2. ARM体系结构基础

2.1 ARM处理器发展史

ARM（Advanced RISC Machines）处理器自1985年诞生以来，经历了从低功耗嵌入式控制器到高性能服务器级芯片的演进。其发展史可划分为以下几个关键阶段：

2.2 ARMv7 / v8 / v9 架构对比

ARMv7是32位时代的巅峰，ARMv8引入64位计算，ARMv9则在安全与AI能力上实现跨越。三者在指令集、寄存器宽度、异常模型、虚拟化支持等方面存在显著差异：

2.3 ARM寄存器组织

ARMv8-A架构定义了31个64位通用寄存器（X0–X30），以及一组专用寄存器。寄存器组织因异常等级（EL0–EL3）而异：

2.4 异常模型与中断向量表

ARMv8-A的异常模型基于4个异常等级（Exception Level, EL），从EL0（用户态）到EL3（安全监控态）。异常发生时，处理器自动完成状态保存、向量查找、等级切换等操作。

异常向量表（Vector Base Address Register, VBAR）定义了每个异常等级下16个向量入口，每个入口对应不同的异常类型与来源：

// ARMv8-A 异常向量表结构（每个EL独立拥有）
// 偏移量  |  异常类型
// --------+---------------------------
// 0x000   | 同步异常 (SP_EL0)
// 0x080   | IRQ (SP_EL0)
// 0x100   | FIQ (SP_EL0)
// 0x180   | SError (SP_EL0)
// 0x200   | 同步异常 (SP_ELx)
// 0x280   | IRQ (SP_ELx)
// 0x300   | FIQ (SP_ELx)
// 0x380   | SError (SP_ELx)

// Linux内核中设置VBAR_EL1的示例（arch/arm64/kernel/head.S）
.section ".idmap.text","ax"
__primary_switched:
    adrp    x0, vectors              // 获取向量表基地址
    msr     vbar_el1, x0            // 写入VBAR_EL1
    isb                              // 指令同步屏障

2.5 大小端模式

ARMv8-A架构同时支持小端（Little-Endian）和大端（Big-Endian）两种字节序，但默认且最常用的是小端模式。字节序影响多字节数据在内存中的存储顺序：

// Linux内核中大小端转换宏（include/linux/byteorder/generic.h）
// 小端转大端（网络字节序）
u32 val = be32_to_cpu(readl(reg));   // 从寄存器读取大端数据并转换为主机序

// 大端转小端
writel(cpu_to_be32(val), reg);       // 将主机序数据转换为大端写入寄存器

// 检查当前字节序（编译时）
#if defined(__LITTLE_ENDIAN)
    pr_info("ARMv8-A 运行于小端模式\n");
#elif defined(__BIG_ENDIAN)
    pr_info("ARMv8-A 运行于大端模式\n");
#endif