摘要： 本文主要介绍了ARM64（Armv8）体系结构的基本概念。

关键字：ARM64、Armv8、体系结构、ARM架构、指令集、数据宽度

1. ARM体系结构是什么？

ARM体系结构，又称ARM架构，是一种硬件规范。主要用来约定指令集、芯片内部体系结构（如内存管理、高速缓存管理）等。

ARM指令集在结构体系中并没有约定每一条指令在硬件描述语言（VHDL或Verilog HDL）中如何实现，而只约定了每条指令的格式、行为规范、参数等。

ARM体系结构从v1版本发展到v9版本，每个版本的体系结构，指令集都有相应的变化。

2. Armv8-A体系结构的基本概念

2.1处理机（Processing Element ,PE）：处理事务的过程抽象为处理机。

2.2执行状态（Execution State）：处理器运行时的环境，包括寄存器的位宽、支持的指令集、异常模型、内存管理以及编程模型等。

Armv8体系结构定义了AArch64和AArch32两个执行状态。

2.2.1  AArch64为64位执行状态

• 提供31个64位的通用寄存器
• 提供64位的程序计数指针寄存器(PC)、栈指针寄存器(SP)、异常链接寄存器(ELR).
• 提供A64指令集
• 提供64位的内存模型
• 定义Armv8异常模型，支持EL0-EL3共4个异常等级。
• 定义一组处理器状态(PSTATE)用来保存处理机(PE)的状态。

2.2.2  AArch32为32位执行状态

• 提供13个32位的通用寄存器
• 提供32位的程序计数指针寄存器(PC)、栈指针寄存器(SP)、链接寄存器(LR).
• 提供A32指令集和T32（Thumb）指令集。
• 提供32位的虚拟内存访问机制。
• 定义Armv8异常模型，支持EL0-EL3共4个异常等级。
• 定义一组处理器状态(PSTATE)用来保存处理机(PE)的状态。

2.3 Armv8指令集

• Arm 体系结构根据不同的执行状态会有三种指令集。
• A64指令集，运行在AArch64状态下，提供64位指令集支持。
• A32指令集，运行在AArch32状态下，提供32位指令集支持。
• T32指令集，运行在AArch32状态下，提供Thumb 16位和32位指令集支持。

2.4 系统寄存器命令

在AArch64状态下，一些系统寄存器会根据不同的异常等级提供不同的变种寄存器。例如：SP_EL0表示在EL0下的SP寄存器，SP_EL1表示在EL1下的SP寄存器。

3. AArch64异常等级

ARMv8-A架构定义了一组异常级别（Exception Level，EL），从EL0到EL3，其中: 如果ELn为异常级别，n的值越大表示软件执行权限越高。

如上图所示，

• EL0提供用于普通用户的应用。
• EL1提供操作系统相关的支持。
• EL2提供对非安全操作的虚拟化支持。
• EL3提供了两个安全状态之间切换的支持，安全状态和非安全状态。
• 一个程序可能不包括所有的异常级别，但必须包括EL0和EL1，至于EL2、EL3可选。

4. ARMv8支持的数据宽度

ARMv8支持如下几种数据宽度：

• 字节：8位
• 半字：16位
• 字 ：32位
• 双字：64位
• 四字：128位

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