ARMv8系列异常处理/中断处理

1.1ARMv8异常等级

EL0:非特权模式，例如应用程序

EL1:特权模式，例如OS内核

EL2:虚拟化监控程序，例如hypervisor

EL3∶安全模式，例如secure monitor

同步exc：CPU执行某条指令而直接导致的异常，往往需要在异常handle函数里处理该异常之后，CPU才能继续执行（比如系统调用，MMU引发的缺页异常，SP和PC对齐检查，未分配的指令）

异步exc：与当前CPU正在执行指令无关的异常，中断（物理中断，虚拟中断）就是异步异常的一种

当异常发生时刻，CPU硬件做了哪些事情?

PSTATE保存到SPSR_ELx。

返回地址保存ELR_ELx。

PSTATE寄存器里的DAIF域都设置为1，相当于把调试异常、系统错误（SError)、 IRQ中断以及FIQ中断都关闭了。

更新了ESR_ELx寄存器，里面包含了同步异常发生的原因

SP执行SP_ELx。

切换到对应的EL，然后跳转到异常向量表里执行。

当异常发生后，操作系统需要做哪些事情?

异常向量表的每个表项会保存一个舁常处理的跳转函数，然后跳转到恰当的异常处理函数并处理异常。

当异常处理完成后，执行eret语句，这条指令会完成如下工作

从ELR_ELx寄存器中恢复Pc指针。

从SPSR_ELx寄存器恢复处理器的状态。

返回地址两个寄存器：

1.5.2 X30

子函数的返回地址。使用ret指令来返回。

1.5.1 ELR_Elx:

1.异常返回地址。使用eret指令来返回

2.对于不是system call的同步异常，返回的是触发同步异常的那一条指令

3.对于system call，它是返回svc指令的下一条指令。

每个EL对应有其SP：SP_ELX(X:0 1 2 3)

栈必须16字节对齐，异常发生，并跳转到目标异常等级时，硬件会自动选择SP_ELX

定义：当异常发生时，处理器必须跳转和执行异常相关的处理指令。异常相关的处理指令通常存储在内存中，这个存储位置称为异常向量。

每个EL都有自己的异常向量表，EL0除外，异常向量表的基地址需要设置到VBAR_ELx寄存器中，触发异常会跳转到基地址+偏移量的异常向量里

栈框: Linux内核中定义了一个struct pt_regs的数据结构来描述内核栈上保存寄存器的排列信息，通常用于保存中断上下文等信息。

保存EL2的状态：在切换到EL1之前，Hypervisor需要保存当前的CPU状态，包括寄存器、程序计数器（PC）等，以便在将来返回到EL2时能够恢复。
配置EL1的寄存器：Hypervisor需要设置EL1的寄存器，包括栈指针（SP）、异常向量表基地址（VBAR_EL1）等，以确保操作系统内核能够正确运行。
设置SPSR_EL2：Hypervisor需要设置Saved Program Status Register (SPSR_EL2)，以指定切换到EL1后的处理器状态。通常，SPSR_EL2会包含以下信息：目标异常级别（EL1）处理器状态（如ARM或Thumb模式）中断屏蔽位（如DAIF位）
设置ELR_EL2：Hypervisor需要设置Exception Link Register (ELR_EL2)，以指定切换到EL1后要执行的指令地址。这通常是操作系统内核的入口点。
执行ERET指令：最后，Hypervisor执行ERET（Exception Return）指令。ERET指令会根据ELR_EL2和SPSR_EL2的内容，将处理器从EL2切换到EL1，并跳转到ELR_EL2指定的地址继续执行。