ARMV8 datasheet学习笔记2：概述

1. 前言

本文主要概括的介绍ARMV8体系结构定义了哪些内容，概括的说：

• ARM体系结构定义了PE的行为，不会定义具体的实现
• ARM体系结构也定义了debug体系结构和trace体系结构
• ARM体系结构采用RISC指令集

（1）长度一致的寄存器；

（2）load/store架构，数据处理操作只能对寄存器内容进行处理，不会直接对内存的内容进行处理；

（3）简单寻址方式，load/store地址来源于寄存器或指令域（如立即数）

• ARM体系结构定义了PE与存储系统的交互
• ARMV8体系结构向后兼容，支持AArch64和AArch32，两种运行状态均支持SIMD和浮点指令

（1）       AArch32

SIMD指令，用来操作32 bit 通用寄存器；

Advanced SIMD指令操作SIMD&FP寄存器；

FP指令操作SIMD&FP寄存器

（2）       AArch64

Advanced SIMD指令操作SIMD&FP寄存器；

FP指令操作SIMD&FP寄存器

2. ARMV8按属性分类

属性	说明
A(Application profile)	基于MMU(内存管理单元)支持VMSA(虚拟内存系统架构)； 支持A64/A32/T32指令集
R(Real-time profile)	基于MPU(内存保护单元)支持PMSA(受保护的内存系统架构)； 支持A32/T32指令集；
M(Microcontroller profile)	实现了低延迟中断处理，硬件寄存器栈，支持高级语言写中断处理； 实现了PMSA的变种； 实现了T32指令集的变种
注：debug体系结构完全与ARM体系结构集成在一起，没有独立的版本，当前只实现了A-profile

表 ARMV8分类

3. ARMV8体系结构概念

• Execution State

包括AArch64和AArch32两种运行状态；

两种运行状态的区别：

支持的寄存器宽度不同；

支持的指令集不同；

异常级别；

VMSA;

编程模型

• 指令集

AArch64只支持A64指令集，固定长度为32bit；

AArch32支持A32和T32两种指令集，A32使用固定长度为32bit,T32使用可变16bit和32bit.

• 系统寄存器

（1）控制处理器状态，并显示处理器状态；

（2）使用标准的命名格式<register_name>.<bit_field_name>来操作寄存器的某一位，也可以<register_name>[x:y]的格式描述；

（3）大部分寄存器有后缀来表示所能访问的最低异常级别：<register_name>_ELx, where x is 0, 1, 2, or 3.

（4）系统寄存器包括：

• General system control registers.

• Debug registers.

• Generic Timer registers.

• Optionally, Performance Monitor registers.

• Optionally, Trace registers.

• Optionally, Generic Interrupt Controller (GIC) CPU interface registers.

• DEBUG

(1) Self-hosted debug

In this model, the PE generates debug exceptions. Debug exceptions are part of the ARMv8 Exception model.一般应用于应用开发

(2) External debug

In this model, debug events cause the PE to enter Debug state. In Debug state the PE is controlled by an external debugger.

一般用于硬件实现和OS系统

4. 支持的数据类型

数据类型	详细分类	长度
整形数据类型	Byte	8 bits.
	Halfword.	16 bits
	Word	32 bits.
	Doubleword	64 bits.
	Quadword	128 bits.
浮点数据类型	Half-precison
	Single-precision
	Double-precision
其他	Fixed-point interpretation of words and doublewords
	Vectors

表 ARMV8支持的数据类型

ARMV8支持的数据类型和寄存器宽度具有如下表所示的关系：

excute state	寄存器宽度	说明
AArch32	32bit通用功能寄存器	两个32bit寄存器可以支持doubleword，支持vector数据类型
	64bit SIMD&FP寄存器	两个64bit寄存器可以用作128bit寄存器使用不支持quardword integer或浮点数据类型
AArch64	64bit通用功能寄存器	很多指令可以访问64bit寄存器的32bit或64bit
	128bit SIMD&FP寄存器	Quardword integer只能使用SIMD&FP寄存器； 浮点数据类型只能使用SIMD&FP寄存器； 根据A64指令编码不同，可以使用64bits或128bits长度

表 ARMV8支持的数据类型与寄存器宽度的关系

5. 浮点和Advanced SIMD支持

TODO

6. 加密扩展

TODO

7.ARM存储模型

• ARM存储模型支持的特性

（1）非对齐的内存地址访问会产生异常

（2）限制Application访问特定的内存区域

（3）通过指令将虚拟地址转换为物理地址

（4）对多字节数据进行大小端转换

（5）控制访问内存的顺序

（6）控制caches和地址转换结构？？？

（7）同步多个PE访问的共享内存

• 虚拟地址支持的特性

（1）AArch64

支持64bit虚拟地址，Translation Control Register决定支持的VA范围.

EL0和EL1支持两种独立的虚拟地址范围，有各自独立的转换控制逻辑

（2）AArch32

支持32bit虚拟地址，Translation Control Register决定支持的VA范围.

EL0和EL1，系统软件可以将VA分割成两个独立的子范围？？？，有各自独立的转换控制逻辑

（3）无论是AArch32还是AArch64，VMSA都可以将VA转换为物理地址空间的block或page

8. 参考文档

[1] DDI0487A_k_armv8_arm_iss10775.pdf