1. Fundamentals of ARMv8-A

在ARMv8-A中，程序在4个Exception Level中的某一个Level执行。在64-bit的执行状态中，Exception Level决定了执行时的特权级别，这个特权级别与ARMv7-A中定义的特权级别类似。

Exception Level是ARMv8-A体系结构中的基础概念。所有的操作都在一个特定的Exception Level中执行，并且一个寄存器能存在多个Exception Level中。在一个Exception Level中改变寄存器中的值，在另一个Exception Level会产生影响。

Exception Level为软件的执行特权提供了逻辑隔离，这个适用于ARMv8-A体系结构中的所有操作状态。系统软件决定Exception Level，从而也就决定了软件执行的特权级别。Exception Level有点类似于计算机科学中的分层保护域的概念。

4个Exception Level如下：

• EL0
  运行通常的用户程序，EL0对应最低特权级，因此也称为非特权级，其他的Exception Level对应的为特权级；
• EL1
  运行操作系统内核，特权级；
• EL2
  运行Hypervisor管理程序；
• EL3
  运行Low-level firmware，包括Secure Monitor
  ELn中，n越大表明Exception Level对应的级别越高。

通常来说，应用程序，操作系统内核，或者Hypervisor，分别占用一个Exception Level。内核Hypervisor是一个例外，比如KVM，它同时运行在EL2和EL1中。

ARMv8-A中还提供了两个安全状态，分别用Secure和Non-Secure来指代。一般Non-secure通常指Normal world，Non-Secure并不是指存在安全漏洞，而是指正常的操作。操作系统运行在Normal world中，与之对应的是trusted OS运行在Secure world中。ARM的TrustZone技术可以将系统划分成Normal world和Secure world。这个可以在遇到软件攻击或硬件攻击时提供保护。Secure Monitor可以在Normal world和Secure world之间移动时充当通道的作用。在ARMv8-A体系架构中，Secure Monitor运行在一个比其他软件都要高的Exception Level中。下图将很好的描述这个关系：

ARMv8-A提供了虚拟化的硬件支持。在Normal world中，虚拟化可以使多个操作系统能并存在同一个系统中，这意味着Hypervisor或者Virtual Machine Manager（VMM）可以在系统上运行，并承载多个客户机操作系统。

Normal world有以下组成部分：

• Applications：应用程序；
• Guest Operating Systemms：包括运行在EL1中的Linux或Windows系统，当在一个Hypervisor中运行时，OS内核可以作为客户机或主机运行，这个取决于Hypervisor的模型；
• Hypervisor：运行在EL2中，当Hypervisor使能时，可以在多个客户机操作系统中进行切换操作；

Secure world有以下组成部分：

• Secure firmware：在一个应用处理器中，Secure firmware必须是引导阶段中的第一个运行的，它提供了多种服务，包括平台的初始化，Trusted OS的安装，Secure monitor calls的路由等，运行在EL3级别。
• Trusted OS：可信操作系统为Normal world提供安全服务，并为执行安全或可信应用程序提供运行时环境。当EL3使用AArch64时，它执行在EL1中，当EL3使用AArch32时，它执行在EL3中。