一、异常等级
在操作系统中，软件开发被分成不同的模块，每个模块具有不同的访问系统和处理器资源的级别。例：Linux系统中，内核需要对系统资源进行高级别访问，同时会限制应用程序配置系统的能力。AArch64体系结构通过不同的特权级别（privilege level）来实现这种分离，在arm架构上这种特权级别被称为异常级别(exception level)，简称EL。
AArch64 Exception levels见下图：
image.png
EL0：无特权模式，所有app应用都在EL0。
EL1：是一个特权模式，能够执行一些特权指令，用于运行各类操作系统，在安全模式则是可信OS。
EL2：提供了对虚拟化的支持。
EL3：具有最高管理权限，负责安全监测和安全模式切换。
二、异常类型
ARM架构包括2种异常：同步异常（Synchronous exceptions）和异步异常（Asynchronous exceptions）。
1、同步异常
由正在运行的指令或指令运行的结果，出错造成的异常。同步异常包括：
1.1）Invalid instruction and trap exceptios：无效的指令和陷阱异常。
1.2）Memory access：内存访问
1.3）Exception-generating instructions：例：SVC、HVC和SMC。
1.4）Debug exceptions
1.4.1）Breakpoint Instruction exceptions
1.4.2）Breakpoint exceptions
1.4.3）Watchpoint exceptions
1.4.4）Vector Catch exceptions
1.4.5）Software Step exceptions
2、异步异常
不是由运行的指令造成，可在程序运行中的任意时刻发生。异步异常包括：
2.1）Physical interrupts(例：uart中断)
2.2）IRQ和FIQ
2.3） SError
2.4）Virtual interrupts
2.4.1）vSError，Virtual System Error
2.4.2）vIRQ，Virtual IRQ
2.4.3）vFIQ，Virtual FIQ
三、异常切换
EL0的所有异常（同步和异步异常）都可以将core切换到EL1中。
EL1的所有异步异常、HVC指令都可以将core切换到EL2中。
EL2的所有异步异常、SMC指令都可以将core切换到EL3中。
所有的返回指令都是ERET。
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SVC(Supervisor Call)：当用户空间通过系统调用陷入到内核空间的时候，则最终会通过SVC指令进入到内核空间。
HVC（Hypervisor Call）：在ARMV8-A架构下，Normal World，EL1尝试去访问EL2的时候，则会陷入到虚拟化层，其中是通过HVC指令。
SMC(Secure Monitor Call)：用于切换Normal World和Secure World。
四、异常处理流程
下图介绍了一个简单的异步异常处理流程。
image.png
异步异常发生时，操作流程如下：
1）将PSTATE（Process state）保存到SPSR_EL1中。
2）将PC指针保存到ELR_EL1。
3）通过读取虚拟机监控程序配置寄存器HCR_EL2.RW的RW位来确定目标执行状态。。
4）异常级别更改为EL1，跳转到异常向量表里执行。
5）在异常向量表的每个表项，保存一个异常处理函数的跳转函数，跳转到对应的异常处理函数处理异常。
当异常处理程序处理完成后，异常返回：
1）恢复所有寄存器，并执行ERET指令。
2）从ELR_EL1寄存器恢复PC指针。
3）从SPSR_EL1寄存器恢复处理器状态。
参考：
1、learn_the_architecture-aarch64_exception_model.pdf
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