ARM64知识记录

armv8a分为aarch32与aarch64两种模式。因此在选择交叉编译链时一定要确定自己运行的arm设备是什么架构，什么模式。

 

从授权上，交叉编译链分为免费授权版和付费授权版。

免费版目前有三大主流工具商提供，第一是GNU（提供源码，自行编译制作），第二是 Codesourcery，第三是Linora。

收费版有ARM原厂提供的armcc、IAR提供的编译器等等，因为这些价格都比较昂贵，不适合学习用户使用，所以不做讲述。

 

arm-none-linux-gnueabi-gcc：是 Codesourcery 公司（目前已经被Mentor收购）基于GCC推出的的ARM交叉编译工具。可用于交叉编译ARM（32位）系统中所有环节的代码，包括裸机程序、u-boot、Linux kernel、filesystem和App应用程序。

arm-linux-gnueabihf-gcc：是由 Linaro 公司基于GCC推出的的ARM交叉编译工具。可用于交叉编译ARM（32位）系统中所有环节的代码，包括裸机程序、u-boot、Linux kernel、filesystem和App应用程序。

aarch64-linux-gnu-gcc：是由 Linaro 公司基于GCC推出的的ARM交叉编译工具。可用于交叉编译ARMv8 64位目标中的裸机程序、u-boot、Linux kernel、filesystem和App应用程序。

arm-none-elf-gcc：是 Codesourcery 公司（目前已经被Mentor收购）基于GCC推出的的ARM交叉编译工具。可用于交叉编译ARM MCU（32位）芯片，如ARM7、ARM9、Cortex-M/R芯片程序。

arm-none-eabi-gcc：是 GNU 推出的的ARM交叉编译工具。可用于交叉编译ARM MCU（32位）芯片，如ARM7、ARM9、Cortex-M/R芯片程序。

 

1. NEON 简介
SIMD，即 single instruction multiple data，单指令流多数据流，也就是说一次运算指令可以执行多个数据流，从而提高程序的运算速度。
NEON 是一种压缩的 SIMD 架构，由ARMv7引入，在ARMv8对其功能进行了扩展，支持包括加法、乘法、比较、移位、绝对值 、极大极小极值运算、保存和加载指令等运算。

	ARMV7-A/R	ARMV8-A/R	ARMV8-A
		AArch32	AArch64
floating-point	32-bit	16-bit*/32-bit	16-bit*/32-bit
integer	8-bit/16-bit/32-bit	8-bit/16-bit/32-bit/64-bit	8-bit/16-bit/32-bit/64-bit

 

编译选项 LOCAL_CFLAGS += -mfpu=neon
头文件  #include <arm_neon.h>

ARM64包含4个异常等级：
EL0：非特权模式，常用来跑应用程序；
EL1：特权模式，常用来跑内核；
EL2：虚拟化监控程序，例如hypervisor；
EL3：安全模式，例如secure monitor;

 

2.同步异常和异步异常
同步异常是由正在运行的指令，或指令运行的结果，出错造成的异常；而异步异常则不必由运行的指令造成，可以在程序运行中的任意时刻(异步)发生。

同步异常包括：
1.系统调用，svc, hvc, SMC等；
2.MMU引发的异常；
3.SP和PC对齐检查；
4.未分配的指令；

异步异常：
IRQ中断；
FIQ中断；
SError

注：在官方手册D1.12有详细列出那些是同步异常；

1.选择异常级别：
当异常发生时，PC可以有三个基地址VBAR_EL1、VBAR_EL3、VBAR_EL1(secure)供选择；路由规则如下：

 

 

举两例来说明下：
第一个红色框的内容表示：在此种配置(安全模式)下，EL0和EL1状态下产生的异步异常，会导致CPU进入EL1。
第一个红色框的内容表示：在此种配置(非安全模式)下，EL0和EL1状态下产生的异步异常，会导致CPU进入EL1，而EL2状态下产生的异常，不会导致exception level切换。

Linux内核只支持EL0和EL1，EL0对应用户态，EL1对应内核态，当CPU运行在用户态时，产生的异步异常会导致CPU切换到EL1，当CPU运行在内核态时，产生的异步异常不会导致exception level的切换。
这里配置为非安全模式vbar_el1：

 

 

2.选择异常级别相关的偏移：
配置好基地址后，再根据下表配置异常向量表的偏移地址

 

 

说明：
(1)实际上有四张表，每张表有四个异常入口，分别对应同步异常，IRQ，FIQ和出错异常。
(2)每一个异常入口占用0x80 bytes（不同于ARMv7之前的4bytes）空间，也就是说，每一个异常入口可以放置多条指令，而不仅仅是一条跳转指令。
四张表类型：
(1)如果发生异常并不会导致exception level切换，并且使用的栈指针是SP_EL0，那么使用第一张异常向量表。
(2)如果发生异常并不会导致exception level切换，并且使用的栈指针是SP_EL1/2/3，那么使用第二张异常向量表。
(3)如果发生异常会导致exception level切换，并且比目的exception level低一级的exception level运行在AARCH64模式，那么使用第三张异常向量表。
(4)如果发生异常会导致exception level切换，并且比目的exception level低一级的exception level运行在AARCH32模式，那么使用第四张异常向量表。

在Linux中，用户态EL0, 内核态EL1, 结合上面路由规则，可得到如下结论：
(1)第一章异常向量表，用不到； 因为EL0使用SP_EL0，但发生EL0异常会routing到EL1；
(2)第二张表，用于CPU运行在EL1即内核态，发生异常时，exception level不发生切换；
(3)第三张表用于CPU运行在EL0即用户态的AARCH32模式时，发生异常；
(4)第四张表，用于CPU运行在EL0即用户态的AARCH64时，发生异常；