1.3　ARMv8寄存器

1.3.1　通用寄存器

AArch64执行状态支持31个64位的通用寄存器，分别是X0～X30寄存器，而AArch32状态支持16个32位的通用寄存器。

除用于数据运算和存储之外，通用寄存器还可以在函数调用过程中起到特殊作用，ARM64体系结构的函数调用标准和规范对此有所约定，如图1.2所示。

在AArch64状态下，使用X（如X0、X30等）表示64位通用寄存器。另外，还可以使用W来表示低32位的数据，如W0表示X0寄存器的低32位数据，W1表示X1寄存器的低32位数据，如图1.3所示。

1.3.2　处理器状态

AArch64体系结构使用PSTATE寄存器来表示当前处理器状态（processor state），如表1.3所示。

1.3.3　特殊寄存器

ARMv8体系结构除支持31个通用寄存器之外，还提供多个特殊的寄存器，如图1.4所示。

1．零寄存器

ARMv8体系结构提供两个零寄存器（zero register），这些寄存器的内容全是0，可以用作源寄存器，也可以用作目标寄存器。WZR是32位的零寄存器，XZR是64位的零寄存器。

2．PC指针寄存器

PC指针寄存器通常用来指向当前运行指令的下一条指令的地址，用于控制程序中指令的运行顺序，但是编程人员不能通过指令来直接访问它。

3．SP寄存器

ARMv8体系结构支持4个异常等级，每一个异常等级都有一个专门的SP寄存器SP_EL n ，如处理器运行在EL1时选择SP_EL1寄存器作为SP寄存器。

●SP_EL0：EL0下的SP寄存器。

●SP_EL1：EL1下的SP寄存器。

●SP_EL2：EL2下的SP寄存器。

●SP_EL3：EL3下的SP寄存器。

当处理器运行在比EL0高的异常等级时，处理器可以访问如下寄存器。

●当前异常等级对应的SP寄存器SP_EL n 。

●EL0对应的SP寄存器SP_EL0可以当作一个临时寄存器，如Linux内核使用该寄存器存放进程中task_struct数据结构的指针。

当处理器运行在EL0时，它只能访问SP_EL0，而不能访问其他高级的SP寄存器。

4．备份程序状态寄存器

当我们运行一个异常处理程序时，处理器的备份程序会保存到备份程序状态寄存器（Saved Program Status Register，SPSR）里。当异常将要发生时，处理器会把PSTATE寄存器的值暂时保存到SPSR里；当异常处理完成并返回时，再把SPSR的值恢复到PSTATE寄存器。SPSR的格式如图1.5所示。SPSR的重要字段如表1.4所示。

5．ELR

ELR存放了异常返回地址。

6．CurrentEL寄存器

该寄存器表示PSTATE寄存器中的EL字段，其中保存了当前异常等级。使用MRS指令可以读取当前异常等级。

●0：表示EL0。

●1：表示EL1。

●2：表示EL2。

●3：表示EL3。

7．DAIF寄存器

该寄存器表示PSTATE寄存器中的{ D ， A ， I ， F }字段。

8．SPSel寄存器

该寄存器表示PSTATE寄存器中的SP字段，用于在SP_EL0和SP_EL n 中选择SP寄存器。

9．PAN寄存器

PAN寄存器表示PSTATE寄存器中的PAN（Privileged Access Never，特权禁止访问）字段。可以通过MSR和MRS指令来设置PAN寄存器。当内核态拥有访问用户态内存或者执行用户态程序的能力时，攻击者就可以利用漏洞轻松地执行用户的恶意程序。为了修复这个漏洞，在ARMv8.1中新增了PAN特性，防止内核态恶意访问用户态内存。如果内核态需要访问用户态内存，那么需要主动调用内核提供的接口，例如copy_from_user()或者copy_from_user()函数。

PAN寄存器的值如下。

●0：表示在内核态可以访问用户态内存。

●1：表示在内核态访问用户态内存会触发一个访问权限异常。

10．UAO寄存器

该寄存器表示PSTATE寄存器中的UAO（User Access Override，用户访问覆盖）字段。我们可以通过MSR和MRS指令设置UAO寄存器。UAO为1表示在EL1和EL2执行这非特权指令（例如LDTR、STTR）的效果与特权指令（例如LDR、STR）是一样的。

11．NZCV寄存器

该寄存器表示PSTATE寄存器中的｛ N ， Z ， C ， V ｝字段。

1.3.4　系统寄存器

除上面介绍的通用寄存器和特殊寄存器之外，ARMv8体系结构还定义了很多的系统寄存器，通过访问和设置这些系统寄存器来完成对处理器不同的功能配置。在ARMv7体系结构中，我们需要通过访问CP15协处理器来间接访问这些系统寄存器，而在ARMv8体系结构中没有协处理器，可直接访问系统寄存器。ARMv8体系结构支持如下7类系统寄存器：

●通用系统控制寄存器；

●调试寄存器；

●性能监控寄存器；

●活动监控寄存器；

●统计扩展寄存器；

●RAS寄存器；

●通用定时器寄存器。

系统寄存器支持不同的异常等级的访问，通常系统寄存器会使用“Reg_EL n ”的方式来表示。

●Reg_EL1：处理器处于EL1、EL2以及EL3时可以访问该寄存器。

●Reg_EL2：处理器处于EL2和EL3时可以访问该寄存器。

●大部分系统寄存器不支持处理器处于EL0时访问，但也有一些例外，如CTR_EL0。

程序可以通过MSR和MRS指令访问系统寄存器。 Q8DFzGFw4h0uxV+uLWgAu7ckydREkh8n7HABCHH81z6tHNGr3wmxbZf+Fq5t8a0C

mrs X0, TTBR0_EL1    //把TTBR0_EL1的值复制到X0寄存器
msr TTBR0_EL1, X0    //把X0寄存器的值复制到TTBR0_EL1