Common

User mode 只執(zhí)行在Non- Secure EL0 or Secure ELO

SCR_EL3.NS決定的是low level EL的secure/non-secure狀態(tài)，不是絕對(duì)自身的

EL2只有Non-secure state

EL0 既有Non-secure state 也有Secure state

EL3

AArch64

若EL1使用AArch32,那么Non- Secure {SYS/FIQ/IRQ/SVC/ABORT/UND} 模式執(zhí)行在Non-secure EL1，Secure {SYS/FIQ/IRQ/SVC/ABORT/UND}模式執(zhí)行在Secure EL1

若 SCR_EL3.NS == 0,則切換到Secure EL0/EL1狀態(tài)，否則切換到Non-secure ELO/EL1狀態(tài)

Secure state 只有Secure EL0/EL1/EL3

EL3

AArch32

User mode 只執(zhí)行在Non- Secure EL0 or Secure ELO

若EL1使用AArch32,那么Non- Secure {SYS/FIQ/IRQ/SVC/ABORT/UND} 模式執(zhí)行在Non-secure EL1，Secure {SYS/FIQ/IRQ/SVC/ABORT/UND}模式執(zhí)行在EL3

Secure state只有Secure EL0/EL3，沒有Secure EL1，要注意和上面的情況不同

EL0/EL1/EL2/EL3  => AArch64

此兩類組合不存在64bit –> 32bit之間的所謂 Interprocessing 切換

EL0/EL1/EL2/EL3  => AArch32

EL0 => AARCH32，EL1/EL2/EL3 => AArch64

此三類組合存在64bit –> 32bit之間的所謂 Interprocessing 切換

EL0/EL1 => AArch32，EL2/EL3 => AArch64

EL0/EL1/EL2 => AArch32，EL3 => AArch64

組合規(guī)則

字寬（ELx）<= 字寬（EL(x+1)）  { x=0,1,2 }

原則：上層字寬不能大于底層字寬

若SCR_EL3.RW == 1，則決定 EL2/EL1 是使用AArch64，否則AArch32

若SCR_EL3.{EA, FIQ, IRQ} == 1，則所有相應(yīng)的SErrorFIQIRQ 中斷都被路由到EL3

若HCR_EL2.RW == 1，則決定EL1使用AArch64，否則使用AArch32

若HCR_EL2.{AMO, IMO, FMO} == 1，則EL1/EL0所有對(duì)應(yīng)的SErrorFIQIRQ中斷都被路由到EL2,同時(shí)使能對(duì)應(yīng)的虛擬中斷VSE,VI,VF

若HCR_EL2.TGE == 1，那么會(huì)忽略HCR_EL2.{AMO, IMO, FMO}的具體值，直接當(dāng)成1處理，則EL1/EL0所有對(duì)應(yīng)的SErrorFIQIRQ中斷都被路由到EL2，同時(shí)禁止所有虛擬中斷

注意： SCR_EL3.{EA, FIQ, IRQ}bit的優(yōu)先級(jí)高于HCR_EL2.{AMO, IMO, FMO} bit優(yōu)先級(jí)，路由優(yōu)先考慮SCR_EL3

32-bit

Wn（通用）

WZR（0寄存器）

WSP（堆棧指針）

64-bit

Xn（通用）

XZR（0寄存器）

SP（堆棧指針）

R0-R14

32bit

通用寄存器，但是ARM不建議使用有特殊功能的R13，R14，R15當(dāng)做通用寄存器使用.

SP_x

32bit

通常稱R13為堆棧指針，除了User和Sys模式外，其他各種模式下都有對(duì)應(yīng)的SP_x寄存器：x ={ und/svc/abt/irq/fiq/hyp/mon}

LR_x

32bit

稱R14為鏈接寄存器，除了User和Sys模式外，其他各種模式下都有對(duì)應(yīng)的SP_x寄存器：x ={ und/svc/abt/svc/irq/fiq/mon},用于保存程序返回鏈接信息地址，AArch32環(huán)境下，也用于保存異常返回地址，也就說LR和ELR是公用一個(gè)，AArch64下是獨(dú)立的.

ELR_hyp

32bit

Hyp mode下特有的異常鏈接寄存器，保存異常進(jìn)入Hyp mode時(shí)的異常地址

PC

32bit

通常稱R15為程序計(jì)算器PC指針，AArch32 中PC指向取指地址，是執(zhí)行指令地址+8，AArch64中PC讀取時(shí)指向當(dāng)前指令地址.

CPSR

32bit

記錄當(dāng)前PE的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù),CPSR.M[4:0]記錄運(yùn)行模式，AArch64下使用PSTATE代替

APSR

32bit

應(yīng)用程序狀態(tài)寄存器，EL0下可以使用APSR訪問部分PSTATE值

SPSR_x

32bit

是CPSR的備份，除了User和Sys模式外，其他各種模式下都有對(duì)應(yīng)的SPSR_x寄存器：x ={ und/svc/abt/irq/fiq/hpy/mon}，注意：這些模式只適用于32bit運(yùn)行環(huán)境

HCR

32bit

EL2特有，HCR.{TEG,AMO,IMO,FMO,RW}控制EL0/EL1的異常路由

SCR

32bit

EL3特有，SCR.{EA,IRQ,FIQ,RW}控制EL0/EL1/EL2的異常路由，注意EL3始終不會(huì)路由

VBAR

32bit

保存任意異常進(jìn)入非Hyp mode & 非Monitor mode的跳轉(zhuǎn)向量基地址

HVBAR

32bit

保存任意異常進(jìn)入Hyp mode的跳轉(zhuǎn)向量基地址

MVBAR

32bit

保存任意異常進(jìn)入Monitor mode的跳轉(zhuǎn)向量基地址

ESR_ELx

32bit

保存異常進(jìn)入ELx時(shí)的異常綜合信息，包含異常類型EC等，可以通過EC值判斷異常class

PSTATE

不是一個(gè)寄存器，是保存當(dāng)前PE狀態(tài)的一組寄存器統(tǒng)稱，其中可訪問寄存器有：PSTATE.{NZCV,DAIF,CurrentEL,SPSel},屬于ARMv8新增內(nèi)容，主要用于64bit環(huán)境下

R0

R0

R0

R1

R1

R1

R2

R2

R2

R3

R3

R3

R4

R4

R4

R5

R5

R5

R6

R6

R6

R7

R7

R7

R8

R8

并不是說T32-16bit下沒有R8～R12，而是有限的指令才能訪問到,16bit指令的Rd/Rn編碼位只有3位，所以Rx范圍是R0-R7

R9

R9

R10

R10

R11

R11

R12

R12

SP (R13)

SP (R13)

SP (R13)

LR (R14)

LR (R14) //M

LR (R14) //M

PC (R15)

PC (R15) //P

PC (R15) //P

CPSR

CPSR

CPSR

SPSR

SPSR

SPSR

X0-X30

64bit

通用寄存器，如果有需要可以當(dāng)做32bit使用：WO-W30

LR (X30)

64bit

通常稱X30為程序鏈接寄存器，保存跳轉(zhuǎn)返回信息地址

SP_ELx

64bit

若PSTATE.M[0] ==1，則每個(gè)ELx選擇SP_ELx，否則選擇同一個(gè)SP_EL0

ELR_ELx

64bit

異常鏈接寄存器，保存異常進(jìn)入ELx的異常地址（x={0,1,2,3}）

PC

64bit

程序計(jì)數(shù)器，俗稱PC指針，總是指向即將要執(zhí)行的下一條指令

SPSR_ELx

32bit

寄存器，保存進(jìn)入ELx的PSTATE狀態(tài)信息

NZCV

32bit

允許訪問的符號(hào)標(biāo)志位

DIAF

32bit

中斷使能位：D-Debug，I-IRQ，A-SError，F(xiàn)-FIQ ，邏輯0允許

CurrentEL

32bit

記錄當(dāng)前處于哪個(gè)Exception level

SPSel

32bit

記錄當(dāng)前使用SP_EL0還是SP_ELx，x= {1,2,3}

HCR_EL2

32bit

HCR_EL2.{TEG,AMO,IMO,FMO,RW}控制EL0/EL1的異常路由 邏輯1允許

SCR_EL3

32bit

SCR_EL3.{EA,IRQ,FIQ,RW}控制EL0/EL1/EL2的異常路由  邏輯1允許

ESR_ELx

32bit

保存異常進(jìn)入ELx時(shí)的異常綜合信息，包含異常類型EC等.

VBAR_ELx

64bit

保存任意異常進(jìn)入ELx的跳轉(zhuǎn)向量基地址 x={0,1,2,3}

PSTATE

不是一個(gè)寄存器，是保存當(dāng)前PE狀態(tài)的一組寄存器統(tǒng)稱，其中可訪問寄存器有：PSTATE.{NZCV,DAIF,CurrentEL,SPSel},屬于ARMv8新增內(nèi)容,64bit下代替CPSR

X0

R0

X20

LR_adt

X1

R1

X21

SP_abt

X2

R2

X22

LR_und

X3

R3

X23

SP_und

X4

R4

X24

R8_fiq

X5

R5

X25

R9_fiq

X6

R6

X26

R10_fiq

X7

R7

X27

R11_fiq

X8

R8_usr

X28

R12_fiq

X9

R9_usr

X29

SP_fiq

X10

R10_usr

X30(LR)

LR_fiq

X11

R11_usr

SCR_EL3

SCR

X12

R12_usr

HCR_EL2

HCR

X13

SP_usr

VBAR_EL1

VBAR

X14

LR_usr

VBAR_EL2

HVBAR

X15

SP_hyp

VBAR_EL3

MVBAR

X16

LR_irq

ESR_EL1

DFSR

X17

SP_irq

ESR_EL2

HSR

X18

LR_svc

X19

SP_svc

Undefined Instruction

未定義指令

Und mode

0x04

Supervisor Call

SVC調(diào)用

Svc mode

0x08

Hypervisor Call

HVC調(diào)用

Hyp mode

0x08

Secure Monitor Call

SMC調(diào)用

Mon mode

0x08

Prefetch abort

預(yù)取指令終止

Abt mode

0x0c

Data abort

數(shù)據(jù)終止

Abt mode

0x10

IRQ interrupt

IRQ中斷

IRQ mode

0x18

FIQ interrupt

FIQ中斷

FIQ mode

0x1c

Hyp Trap exception

Hyp捕獲異常

Hyp mode

0x14

Monitor Trap exception

Mon捕獲異常

Mon mode

0x04

異常類型

描述

Undefined Instruction

未定義指令異常

Illegal Execution State

非常執(zhí)行狀態(tài)異常

System Call

系統(tǒng)調(diào)用指令異常（SVC/HVC/SMC）

Misaligned PC/SP

PC/SP未對(duì)齊異常

Instruction Abort

指令終止異常

Data Abort

數(shù)據(jù)終止異常

Debug exception

軟件斷點(diǎn)指令/斷點(diǎn)/觀察點(diǎn)/向量捕獲/軟件單步 等Debug異常

類型

描述

SError or vSError

系統(tǒng)錯(cuò)誤類型，包括外部數(shù)據(jù)終止

IRQ or vIRQ

外部中斷 or 虛擬外部中斷

FIQ or vFIQ

快速中斷 or 虛擬快速中斷

Synchronous

(同步異常)

IRQ

|| vIRQ

FIQ

|| vFIQ

SError

|| vSError

SP => SP_EL0

&& 從Current EL來

0x000

0x080

0x100

0x180

SP => SP_ELx

&& 從Current EL來

0x200

0x280

0x300

0x380

64bit => 64bit

&& 從Low level EL來

0x400

0x480

0x500

0x580

32bit => 64bit

&& 從Low level EL來

0x600

0x680

0x700

0x780

AArch32 State

1. PE根據(jù)異常類型跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的異常模式x,

x = {und/svc/abt/irq/fiq/hyp/mon}

PE跳轉(zhuǎn)到哪一種模式通常由路由關(guān)系決定

2、保存異常返回地址到LR_x，用于異常返回用

LR也是對(duì)應(yīng)模式的R[14]_x寄存器，32位系統(tǒng)下LR和ELR是同一個(gè)寄存器，而64位是獨(dú)立的

3、備份PSTATE 數(shù)據(jù)到SPSR_x

異常返回時(shí)需要從SPSR_x恢復(fù)PSTATE

4、PSTATE 操作：

PSTATE.M[4:0]設(shè)置為異常模式x

PSTATE.{A,I,F} = 1

PSTATE.T = 1，強(qiáng)制進(jìn)入A32模式

PSTATE.IT[7：2] = “00000”

PSTATE.M[4]只是對(duì)32位系統(tǒng)有效，64為下是保留的，因?yàn)?4位下沒有各種mode的概念.

異常處理都要切換到ARM下進(jìn)行；

進(jìn)入異常時(shí)需要暫時(shí)關(guān)閉A,I,F中斷；

5、據(jù)異常模式x的向量偏移跳轉(zhuǎn)到進(jìn)入異常處理

各個(gè)mode有對(duì)應(yīng)的Vector base addr + offset

AArch64 state

1. 保存PSTATE 數(shù)據(jù)到SPSR_ELx,(x = 1,2,3)

異常返回時(shí)需要從SPSR_ELx中恢復(fù)PSTATE

2、保存異常進(jìn)入地址到ELR_ELx，同步異常（und/abt等）是當(dāng)前地址，而

異步異常（irq/fiq等）是下一條指令地址

64位架構(gòu)LR和ELR是獨(dú)立分開的，這點(diǎn)和32位架構(gòu)有所差別

3、保存異常原因信息到ESR_ELx

ESR_ELx.EC代表Exception Class，關(guān)注這個(gè)bit

4、PE根據(jù)目標(biāo)EL的異常向量表中定義的異常地址強(qiáng)制跳轉(zhuǎn)到異常處理程序

跳轉(zhuǎn)到哪個(gè)EL使用哪個(gè)向量偏移地址又路由關(guān)系決定

5、堆棧指針SP的使用由目標(biāo)EL決定

(SPSR_ELx.M[0] == 1) ？ h（ELx）: t（EL0）

AArch32

Asynchronous Data Abort

(異步數(shù)據(jù)終止)

SCR.EA

HCR.TGE

HCR.AMO

IRQ  or vIRQ

SCR.IRQ

HCR.TGE

HCR.IMO

FIQ  or vFIQ

SCR.FIQ

HCR.TGE

HCR.FMO

AArch64

SError or vSError

SCR_EL3.EA

HCR_EL2.TGE

HCR_EL2.AMO

IRQ  or vIRQ

SCR_EL3.IRQ

HCR_EL2.TGE

HCR_EL2.IMO

FIQ  or vFIQ

SCR_EL3.FIQ

HCR_EL2.TGE

HCR_EL2.FMO

所在文件

C 函數(shù)

所在文件

C 函數(shù)

Und

arm/kernel/traps.c

do_undefinstr

Arm64/kernel/traps.c

do_undefinstr

Data Abort

arm/mm/fault.c

do_DataAbort

arm64/mm/fault.c

do_mem_abort

IRQ

arm/kernel/irq.c

asm_do_IRQ

arm64/kernel/irq.c

handle_IRQ

FIQ

System Call