基础篇(二).ARMv8寄存器（2）

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#arm #linux #arm开发 #架构 #嵌入式硬件

于 2022-11-05 02:34:31 首次发布

ARMv8寄存器（2）

上一章介绍了ARMv8 通用寄存器和各种特殊寄存器，本章重点介绍一些常见的系统寄存器。

1.概要

在AArch64中，系统配置通过系统寄存器进行控制，并使用MSR和MRS指令进行访问。ARM架构的之前版本(如ARMv7)使用协处理器来进行系统配置。但是，AArch64不支持协处理器。

AArch64中系统寄存器会以”_ELn“的方式名命，寄存器的名称会告诉你可以访问它的最低异常级别。

<Reg>_EL1：处理器处于EL1、EL2、EL3时可以访问。
<Reg>_EL2：处理器处于EL2、EL3时可以访问。
大部分寄存器不支持处于EL0时访问，但也有一些例外，如CTR_EL0。

例如

TTBR0_EL1可以从EL1、EL2和EL3访问。
TTBR0_EL2可以从EL2和EL3访问。

可以采用以下形式来访问系统寄存器：

MRS x0, TTBR0_EL1 // 把 TTBR0_EL1 的值保存到x0
MSR TTBR0_EL1, x0 // 把x0 的值写入TTBR0_EL1寄存器

下表显示了异常级别，这些异常级别具有每个寄存器的单独副本。例如，单独的辅助控制寄存器（ACTLR）以ACTLR_EL1，ACTLR_EL2和ACTLR_EL3的形式存在。

名称	寄存器	说明	n的允许值
ACTLR_ELn	辅助控制寄存器	控制处理器特定的功能。	1，2，3
CCSIDR_ELn	当前缓存大小ID寄存器	提供有关当前所选缓存的体系结构的信息。	1
CLIDR_ELn	缓存级别ID寄存器	在每个级别上实现的单个或多个高速缓存的类型缓存层次结构的一致性级别和统一级别。	1，2，3
CNTFRQ_ELn	计数器频率寄存器	报告系统计时器的频率。	0
CNTPCT_ELn	计数器物理计数寄存器	保持64位的当前计数值。	0
CNTKCTL_ELn	计数器内核控制寄存器	控制从虚拟计数器生成事件流。还控制从EL0访问物理计数器，虚拟计数器，EL1物理计时器和虚拟计时器。	1
CNTP_CVAL_ELn	计数器物理计时器比较值寄存器	保存EL1物理计时器的比较值。	0
CPACR_ELn	协处理器访问控制寄存器	控制对跟踪，浮点和SIMD功能的访问。	1
CSSELR_ELn	缓存大小选择寄存器	通过指定所需的缓存级别和缓存类型（指令或数据缓存），选择当前的缓存大小ID寄存器CCSIDR_EL1。	1
CNTP_CTL_ELn	计数器物理控制寄存器	控制EL1物理计时器的寄存器。	0
CTR_ELn	缓存类型寄存器	有关集成缓存体系结构的信息。	0
DCZID_ELn	数据缓存零ID寄存器	指示数据缓存零根据虚拟地址（DCZVA）系统指令写入字节值为0的块大小。	0
ELR_ELn	异常链接寄存器	保存导致异常的指令的地址。	1，2，3
ESR_ELn	异常综合特征寄存器	包括有关异常原因的信息。	1，2，3
FAR_ELn	故障地址寄存器	保存虚拟错误地址。	1，2，3
FPCR	浮点控制寄存器	控制浮点扩展行为。该寄存器中的字段映射到AArch32 FPSCR中的等效字段。	.
FPSR	浮点状态寄存器	提供浮点系统状态信息。该寄存器中的字段映射到AArch32 FPSCR中的等效字段。	.
HCR_ELn	Hypervisor 配置寄存器	控制虚拟化设置，并将异常情况捕获到EL2。	2
MAIR_ELn	存储器属性间接寄存器	在ELn的阶段1翻译的Long-descriptor格式转换表项中，提供对应于可能值的存储器属性编码。	1，2，3
MIDR_ELn	主ID寄存器	代码运行的处理器类型（部件号和版本）。	1
MPIDR_ELn	多处理器密切关系的寄存器	处理器和群集ID，在多核或群集系统中。	1
RVBAR_ELn	基于地址寄存器的重置向量	保存重置向量的基地址，以便发送给ELn的任何异常。	1，2，3
SCR_ELn	安全配置寄存器	控制安全状态和EL3的异常情况。	3
SCTLR_ELn	系统控制寄存器	控制架构功能，例如MMU，缓存和对齐检查。	0，1，2，3
SPSR_ELn	保存的程序状态寄存器	当发生异常时，保持已保存的处理器状态。	abt，fiq，irq，und，1，2，3
TCR_ELn	转换控制寄存器	确定哪个转换表基地寄存器定义了转换表行走（translation table walk）的基地址，该基地址是ELn中，内存访问阶段1转换所需要的。还控制转换表格式并保存可缓存和可共享的信息。	1，2，3
TPIDR_ELn	用户读/写线程ID寄存器	为了操作系统管理的目的，提供一个在ELn上执行的软件可以存储线程标识信息的位置。	0，1，2，3
TPIDRRO_ELn	用户只读线程ID寄存器	提供在EL1或更高版本上执行的软件可以存储线程标识信息的位置。为了操作系统管理的目的，在EL0上执行的软件可以看到这些信息。	0
TTBR0_ELn	转换表基址寄存器0	保存转换表0的基地址，以及它占用的内存的信息。这是ELn内，内存访问阶段1转换的转换表之一。	1，2，3
TTBR1_ELn	转换表基址寄存器1	保存转换表1的基地址，以及它占据的存储器的信息。这是在EL0和EL1内，内存访问阶段1转换的转换表之一	1
VBAR_ELn	基于向量的地址寄存器	保存异常基地址，以便发送到ELn的任何异常。	1，2，3
VTCR_ELn	虚拟化转换控制寄存器	控制来自非安全EL0和EL1的内存访问阶段2转换所需的转换表步行。还保存访问的可缓存和可共享信息。	2
VTTBR_ELn	虚拟化转换表基址寄存器	保存来自非安全EL0和EL1的内存访问阶段2转换的转换表的基地址。	2

下面我们介绍几组重要的系统控制寄存器。

2 .系统控制寄存器(SCTLR_ELn)

系统控制寄存器(SCTLR)是一个用来控制标准内存、配置系统能力、提供处理器核状态信息的寄存器。包括 SCTLR_EL1、 SCTLR_EL2和 SCTLR_EL3。但是并不是所有bit在EL1都可用。
在这里插入图片描述
需要注意的是，有些域在EL1下不能访问。

寄存器各个字段介绍：

域	描述
UCI	设置此位后，在AArch64中为DC CVAU、DC CIVAC、DC CVAC和IC IVAU指令启用EL0访问。
EE	异常字节顺序。0表示小端，1表示大端。
EOE	EL0显式数据访问的字节序。0表示小端，1表示大端。
WXN	写权限不可执行 XN (eXecute Never)。 0表示可写区域不设置不可执行权限（XN），1表示可写区域强制为不可执行(XN)
nTWE	不陷入WFE，此标志为1表示WFE作为普通指令执行
nTWI	不陷入WFI, 此标志为1表示WFI作为普通指令执行
UCT	此标志为1时，开启AArch64的EL0下访问CTR_EL0寄存器
DNE	EL0 下访问 DC AVA指令，0 禁止执行，1 允许执行
I	开启指令缓存，这是在EL0和EL1下的指令缓存的启用位。对可缓存的正常内存的指令访问被缓存。
UMA	用户屏蔽访问。当EL0使用AArch64，控制从EL0的中断屏蔽访问。
SED	禁止SETEND。在EL0使用AArch32禁止SETEND指令。0 使能，1 禁止
ITD	禁止IT指令。0表示IT指令有效，1表示IT指令被当作16位指令。仅另外16位指令或32位指令的头16位可以使用
CP	15BEN CP15 barrier使能。如果实现了，它是AArch32 CP15 DMB,DSB和ISB barrier操作的使能位
SA0	EL0的栈对齐检查使能位
SA