Intel System Flags and Fields in the EFLAGS Register

前言

本文继续翻译 Intel vol3 chapter 2 ：2.3章节，有些英文单词翻译成中文别扭的我会保留英文，不翻译。

一、System Flags and Fields in the EFLAGS Register

1.1 IA-32 architecture

EFLAGS 寄存器的系统标志和 IOPL 字段控制 I/O、可屏蔽硬件中断、调试、任务切换和virtual-8086 mode。 只有特权代码（通常是操作系统或执行代码）才能修改这些位。系统标志和 IOPL 如下图所示：

（1）TF Trap (bit 8)：设置启用单步模式进行调试； 清除以禁用单步模式。 在单步模式下，处理器在每条指令后生成一个调试异常。 这允许在每条指令之后检查程序的执行状态。如果应用程序使用 POPF、POPFD 或 IRET 指令设置 TF 标志，则会在 POPF、POPFD 或 IRET 之后的指令之后生成调试异常。

备注：该标志位就是x86架构下gdb单步调试的原理。

（2）IF Interrupt enable (bit 9)：控制处理器对可屏蔽硬件中断请求的响应，该标志设置为响应可屏蔽的硬件中断； 清除以禁止可屏蔽的硬件中断。 IF 标志不影响异常或不可屏蔽中断（NMI 中断）的生成。控制寄存器 CR4 中的 CPL、IOPL 和 VME 标志的状态决定了 IF 标志是否可以被 CLI、STI、POPF、POPFD 和 IRET 修改。

（3）IOPL I/O privilege level field (bits 12 and 13)：指示当前运行的程序或任务的 I/O 特权级别 (IOPL)。 当前运行的程序或任务的 CPL 必须小于或等于 IOPL 才能访问 I/O 地址空间。 只有当 CPL 为 0 时，POPF 和 IRET 指令才能修改该字段。

当虚拟模式扩展生效时（当 CR4.VME = 1 时），IOPL 也是控制 IF 标志的修改和 virtual-8086 mode下的中断处理的机制之一。

（4）NT Nested task (bit 14)：控制中断的和被调用的任务的链接。处理器在调用由 CALL 指令、中断或异常启动的任务时设置此标志。当由IRET指令启动的任务返回时，它检查并修改这个标志。该标志可以通过POPF/POPFD指令显式地设置或清除;但是，更改此标志的状态可能会在应用程序中产生意外异常。

（5）RF Resume (bit 16)：控制处理器对指令断点条件的响应。 设置后，此标志会暂时禁止为指令断点生成调试异常 (#DB)（尽管其他异常条件可能会导致生成异常）。 清除后，指令断点将产生调试异常。

RF 标志的主要功能是允许在由指令断点条件引起的调试异常之后重新启动指令，在此，调试软件必须在使用 IRETD 返回中断程序之前在堆栈上的 EFLAGS image中设置此标志（以防止指令断点导致另一个调试异常）。然后，在返回的指令成功执行后，处理器自动清除该标志，再次启用指令断点错误。

（6）VM Virtual-8086 mode (bit 17)：设置启用 virtual-8086 mode； 清除以返回 protected mode。

（7）AC Alignment check or access control (bit 18)：如如果在 CR0 寄存器中设置了 AM 位，当且仅当此标志为 1 时，才启用user-mode数据访问的对齐检查。当引用未对齐的操作数时会产生对齐检查异常，例如奇数字节地址处的字或地址不是四的整数倍的双字（doubleword）。 对齐检查异常仅在用户模式（权限级别 3）中生成。 默认为特权级别 0 的内存引用（例如段描述符加载）不会生成此异常，即使是由在用户模式下执行的指令引起的。

备注：对于Intel处理器中，术语字（word）表示16位数据类型，双字（ doubleword）表示32位数据类型。

对齐检查（ alignment-check）异常可用于检查数据的对齐情况。这在与需要对齐所有数据的处理器交换数据时很有用。解释器也可以使用对齐检查异常，通过 misaligning the pointer 来将一些指针标记为特殊指针。这消除了检查每个指针的开销，并且仅在使用时处理特殊指针。

如果在CR4寄存器中设置了SMAP位，当且仅当该位为1时，允许对用户模式页面进行显式的 supervisor-mode数据访问。

（8）VIF Virtual Interrupt (bit 19)：包含 IF 标志的virtual image。此标志与 VIP 标志结合使用。 当控制寄存器 CR4 中的 VME 标志或 PVI 标志被设置且 IOPL 小于 3 时，处理器才识别 VIF 标志。（VME 标志启用虚拟 8086 模式扩展；PVI 标志启用保护模式虚拟中断。）

（9）VIP Virtual interrupt pending (bit 20)：软件置位以指示有中断待处理； 清零表示没有待处理的中断。此标志与 VIF 标志结合使用。处理器读取此标志但从不修改它。仅在控制寄存器 CR4 中的 VME 标志或 PVI 标志被设置且 IOPL 小于 3 时，处理器才识别该标志位（VIP）。VME 标志启用虚拟 8086 模式扩展； PVI 标志启用保护模式虚拟中断。

（10）ID Identification (bit 21)：表示处理器是否支持 CPUID 指令。
The ability of a program or procedure to set or clear this flag indicates support for the CPUID instruction.

1.2 Intel 64 architecture

在 64 位模式下，RFLAGS 寄存器扩展为 64 位，保留高 32 位。
在 IA-32e 模式下，处理器不允许设置 VM 位，因为不支持虚拟 8086 模式（忽略设置该位的尝试）。
此外，处理器不会设置 NT 位。 然而，处理器确实允许软件设置 NT 位。(注意，IRET在IA-32e模式下，如果设置了NT位，会导致 a general protection fault)
在 IA-32e 模式下，SYSCALL/SYSRET 指令具有一种可编程的方法来指定在 RFLAGS/EFLAGS 中清除哪些位。 这些指令保存/恢复 EFLAGS/RFLAGS。

总结

该小章节翻译完毕，结束了。。。