【华为云技术分享】ARM体系结构基础(1)

鲲鹏处理器采用ARM架构，欧拉系统可以运行在鲲鹏架构的服务器上，想要了解欧拉操作系统对硬件的支持，首先需要了解一些ARM架构的基础知识。操作系统中硬件相关的部分集中体现在汇编指令和对寄存器的操作中，因此我们对ARM体系结构的介绍也围绕ARMv8-A的汇编指令和寄存器来展开。

处理器架构是处理器厂商为同一个系列的处理器规定的一个规范。ARM架构是一种精简指令集(RISC)架构，具有以下RISC架构特点：

• 较大的通用寄存器堆。

• load/store体系结构，其中数据处理操作仅对寄存器内容进行操作，而不是直接对内存内容。

• 简单寻址模式，所有load/store地址由寄存器内容和指令确定。该体系结构定义了处理单元与内存(包括缓存)的交互，并包括内存地址翻译系统。它还描述了多个处理单元如何相互作用。面积小、性能强和非常低的功耗是ARM体系结构的关键特性。本小节主要以ARMv8-A架构为例来介绍ARM体系结构的基本特性。ARMv8-A体系结构的一个重要特性是向后兼容，可以支持诸多标准和应用场景下的最优设计。ARMv8-A架构支持64bit的执行模式(AArch64)和32bit的执行模式(AArch32)，这一模式兼容之前的ARM架构。两种执行状态都支持SIMD和浮点指令。

一、AMRv8架构概要

ARM体系结构自推出以来已经有了显著的发展，并且ARM还在继续开发它。到目前为止，已经有八个主要版本，由版本号1到8表示。其中前三个版本现在已经过时了。

通用名称AArch64和AArch32描述了64位和32位执行状态。AArch64是64位执行状态，意味着地址保存在64位寄存器中，并且基本指令集可以使用64位寄存器进行处理。AArch64支持A64指令集。AArch32是32位执行状态，这意味着地址保存在32位寄存器中，并且基本指令集使用32位寄存器进行处理。AArch32支持T32和A32指令集。

ARM支持三种架构配置：

• A系列，面向应用场景的架构(Application Profile)。该系列支持基于内存管理单元(MMU)的虚拟内存系统体系结构(VMSA)。它支持A64、A32和T32指令集。

• R系列，面向实时场景的架构配置。该系列支持基于内存保护单元(MPU)的受保护内存系统体系结构(PMSA)。它支持A32和T32指令集。

• M系列，面向微处理器的架构。该系列实现了一个为低延迟中断处理而设计的程序员模型(programmers’ model)，该模型具有寄存器硬件堆栈和对中断处理程序的高级语言支持。它支持T32指令集的变种。

  (注：内存保护单元(MPU)是ARM中配备的有效保护系统资源的一种硬件，提供了内存区域保护功能。)

二、ARMv8-A指令集

在ARMv8-A中，可能的指令集取决于执行状态：

1. AArch64：AArch64 state