ARMv8架构

1. 背景

• 从1995年，ARMV4(主要对应ARM7 family)开始到现在ARM RISC体系结构到现在已经演化了20多年。从设计一开始ARM就关注到了低功耗
• 到2011年，所有的ARM-Cotex family都被设计成使用ARMV7架构。

1.1. 发展历程

• ARM7：采用ARMV4架构
• ARM9：ARMV4的变体
• ARM11：ARMV4的变体
• Cotex-A8：为了匹配不同的市场，ARMV7从Cotex-A8开始被划分为三种属性：Application-Profile、RealTime-Profile、Microcontroller-Profile
• Cotex-A9：引入了多核
• Cotex-A5：引入低功耗、低成本的网络互联
• Cotex-A7：引入了出色的能效管理，可以延长手机的续航时间
• Cotex-A15：引入了很多可选的扩展，如LPAE、虚拟化

1.2. 为何要引入ARMv8？

• 考虑到ARMV7被市场广泛接受，以及形成的成熟的生态，因此后续的体系结构升级需要做到向后兼容；
• 另外要让厂商能够愿意将软件系统迁移到新的体系结构，新的体系结构一定要有原体系结构不具有的优势
• 为了解决旧有架构遗留的问题，提供一种更加清晰的架构，同时考虑到将来的发展趋势，采用一种全新的架构来实现

2. ARMv8架构基本特性

• ARMV8目前只定义了Application profile
• ARMV8定义了48bit符号虚拟地址和达到48bit物理地址
• ARMV8采用了新的指令集A64
• ARMV8兼容ARMV7的指令
• A32和A64的转换只能发生在异常级别转换时

3. ARMv8两种执行状态

在ARMv8中引入了两种执行状态，如下：

• AArch32
  • ARMv7的升级版
  • A32(ARM)和T32(thumb)，两种指令集
  • ARMv8架构中，增加了一些指令
  • 传统ARM的特权模式
  • 通用寄存器位宽是32bit
  • 使用单一CPSR保存PE状态
  • 使用32bit的虚拟地址
  • 支持协处理器
• AArch64
  • 通用寄存器位宽是64bit
  • 提供64bit PC，SP 和 ELR（exception-link-register）
  • 新的指令集-A64，固定32bit的指令集
  • 新的特权模式
  • 使用一组PSTATE保存PE状态
  • 不支持协处理器
  • 使用64bit虚拟地址

        AArch32（简称A32），兼容以前的arm指令，包括ARM和thumb指令，而AArch64，是全新的指令集，不兼容以前的arm指令。对于A64，使用64bit的虚拟地址，因此支持操作更大的memory空间。而pc也是64bit，因此可以在更大的memory空间上取指令执行。

        可以认为AArch64(简称A64)，是全新的ARM指令，和以前ARM指令完全不一样，因此区别也是比较大的。推出全新的指令集，是为了设计出更高性能的CPU。

参考资料

ARMV8体系结构简介 - yooooooo - 博客园

ARMv8架构简介 | 骏的世界