[記錄]AArch64異常

AArch64 異常

Synchronous

Asynchronous

- IRQ
- FIQ
- SError

Synchronous exceptions include

 - Service call: SVCs, SMCs and HVCs(covered later) 
 - Aborts from MMU 
 - SP and PC alignment checking 
 - Unallocated instructions

SError exceptions include

Asynchronous data abrots

Taking an exception

when an exception occurs:

 - SPSR_ELn updated 
 - PSTATE updated （EL stays the same OR gets higher）
 - Return address stared to ELR_ELn 
 - ESR_ELn updated with cause of exception 
 - Branches to the exception table

To return from an exception execute ERET instruction

 - Restores PSTATE from SPSR_ELn 
 - Restores PC from ELR_ELn

ARM從ARMv8開始支持64位架構，當前的ARMv8只有A系列，ARMv8-A架構。
新增一套arm64位指令集稱爲A64，之前的32位arm指令集稱爲A32, thumb指令集稱爲T32。
定義AArch64/AArch32兩套運行環境(稱作Execution state)分別執行64/32位指令集。
A64和A32指令集的每個指令都是固定4字節的。
ARMv8的異常與以前的架構做了較大改動，以前的ARM，處理器可以處在多種工作模式(process mode)，如 User,FIQ, IRQ, Abort, Undefined,System等，每個模式都是由1/2中相應的中斷觸發的。實際上粗略分只是兩種特權模式(User屬於非特權模式，其他的都是特權模式)。

在ARMv8中User,FIQ, IRQ, Abort, Undefined,System這些模式統統取消，被EL0,EL1,EL2,EL3四種特權特權模式取代(跟之前的特權模式/非特權模式相比，實際上特權級還是增加了的)。與x86的ring0-ring3剛好相反，在這四種模式中EL0是最低權限，一般給用戶態程序用的。EL1稍高，一般給內核用的。EL2/EL3分別是Hypervisor(虛擬化相關)和secure monitor(安全相關)的模式，一般linux中是可以不用的。
因爲需要兼容ARMv7，所以User,FIQ, IRQ, Abort, Undefined,System這些中斷模式還是需要支持的，在ARMv8中就全部直接映射到EL1模式了(TODO: 應該是有個寄存器記錄當前具體哪個模式）。
ARMv8異常模式如下圖（摘自[1])。

不同EL級別之間的轉換規則:

1. EL轉換隻會發生在 異常發生 或者 異常返回 的時候。
2. 異常發生時EL級別只能提升或不變。
3. 異常返回時EL級別只能降低或不變。
4. EL轉換的目標級別稱爲”目標異常級別”,只能由異常自身特徵，或配置系統控制寄存器決定。
5. 目標異常級別不能使EL0。
6. 不同的EL級別有些寄存器是不同的，如圖（摘自[2])。

Execution state的變化

1. AArch64提供31個(x0 - x30)64-bit的通用寄存器 提供64位的pc/lr/sp
2. A32/T32的切換通過BX即可，但A32/A64的切換必須通過異常。
3. EL0,EL1,EL2,El3之前的切換，分別通過指令svc,hvc,smc。
4. 若下層系統爲32bit(如EL1)，則上層只能爲32bit(如EL0),反之若下層位64bits，則上層可以爲32/64bits。