前面的文章中经常提到Armv8-A。那么到底Armv8-A是什么东西呢？这个问题要说简单也很简单，要说复杂也很复杂。今天我们花点时间来简单研究一下。
众所周知，ARM是一家设计并授权处理器和相应IP（比如互连总线，中断处理器，图像处理器等等）的公司，目前其处理器产品分为三类：
- Cortex-A系列：这个系列主要是应用（Application）处理器，这类处理器的特点是高性能，一般支持高速缓存，乱序执行，分支预测，指令多发射等等技术。
- Cortex-R系列：这个系列主要是实时（Real-time）处理器，这类处理器的特点是对于外部事件的响应时间在可控范围，这里的实时并不是说处理器的速度快，而是对外部事件的响应时间可预测。
- Cortex-M系列：这个系列主要是微控制（Micro-controller）处理器，这类处理器一般设计相对简单，芯片规模小，功耗值低，一般作为低成本芯片的控制器使用。
这三个系列的代表字母加起来刚好是ARM，所以这应该是ARM公司故意为之的。其实ARM公司的处理器产品在很早的时候并不是这么命名的，比如很早之前的ARM9，ARM11。现在ARM的处理器产品又增加了Neoverse系列，与A系列的处理器区分开来，不过这都是后话，暂时不用管它，还是认为是三个系列好了。
再返回来说Armv8.x-A，前缀Arm不用解释了；v表示的是版本（version）；8表示的是大版本号；x表示的是扩展版本号，也称为小版本号，比如8.4就是大版本是8，扩展版本是4，Armv8-A的基础版本是Armv8.0-A；最后的A表示的是A系列，所以一定还有R和M对不？不过本人对于R和M了解很少，就不介绍了，后面的内容都是以A为基础。
Armv8-A的执行状态有两种，AArch64和AArch32。相应的Armv8-A支持两种指令集：AArch64（A64）和AArch32，其中AArch32又分为A32和T32。A64是固定长度指令集，指令编码32-bit；A32同样是固定长度指令集，32-bit指令编码；T32是变长指令集，16-bit和32-bit指令编码。由于A32和T32主要是为了向前兼容，在Armv8-A中实际应用较少，后面内容基本都是介绍AArch64的相关内容。
AArch64中扩展了一些寄存器，包括以下：31个通用的64位寄存器 (X0-X30)，处理器状态寄存器PSTATE及相关的若干寄存器，堆栈寄存器SP等等。以后会找时间专门分析一下这些寄存器。
Armv8-A中定义了四种异常等级（Exception Level），这在前面的文章中重复过很多次了。
Armv8-A支持GICv3，GICv4，SMMU3。
对于其处理器具体实现的指令集，ARM有一个约定，比如某个处理器实现了Armv8.1-A，那么该处理器：
- 必须实现Armv8.0-A和Armv8.1-A强制要求的功能
- 可以实现某些Armv8.2-A中扩展的功能
- 不允许实现Armv8.3-A和更高版本扩展的功能
对于Armv8.0-A要求的功能，以后有机会慢慢分析。这不是一朝一夕能完成的，毕竟单其架构文档已经上万页了。今天先简单列一下Armv8.0-A以后的版本所扩展的功能，后面我们再慢慢分析Armv8.0-A的基础功能和这些扩展功能。
1. Armv8.1-A
- Atomic memory access instructions (AArch64)
- Limited Order regions (AArch64)
- Increased Virtual Machine Identifier (VMID) size, and Virtualization Host Extensions (AArch64)
- Privileged Access Never (PAN) (AArch32 and AArch64)
2. Armv8.2-A
- Support for 52-bit addresses (AArch64)
- The ability for PEs to share Translation Lookaside Buffer (TLB) entries (AArch32 and AArch64)
- FP16 data processing instructions (AArch32 and AArch64)
- Statistical profiling (AArch64)
- Reliability Availability Serviceability (RAS) support becomes mandatory (AArch32 and AArch64)
3. Armv8.3-A
- Pointer authentication (AArch64)
- Nested virtualization (AArch64)
- Advanced Single Instruction Multiple Data (SIMD) complex number support (AArch32 and AArch64)
- Improved JavaScript data type conversion support (AArch32 and AArch64)
- A change to the memory consistency model (AArch64)
- ID mechanism support for larger system-visible caches (AArch32 and AArch64)
4. Armv8.4-A
- Secure virtualization (AArch64)
- Nested virtualization enhancements (AArch64)
- Small translation table support (AArch64)
- Relaxed alignment restrictions (AArch32 and AArch64)
- Memory Partitioning and Monitoring (MPAM) (AArch32 and AArch64)
- Additional crypto support (AArch32 and AArch64)
- Generic counter scaling (AArch32 and AArch64)
- Instructions to accelerate SHA
5. Armv8.5-A and Armv9.0-A
- Memory Tagging (AArch64)
- Branch Target Identification (AArch64)
- Random Number Generator instructions (AArch64)
- Cache Clean to Point of Deep Persistence (AArch64)
6. Armv8.6-A and Armv9.1-A
- General Matrix Multiply (GEMM) instructions (AArch64)
- Fine grained traps for virtualization (AArch64)
- High precision Generic Timer
- Data Gathering Hint (AArch64)
7. Armv8.7-A and Armv9.2-A
- Enhanced support for PCIe hot plug (AArch64)
- Atomic 64-byte load and stores to accelerators (AArch64)
- Wait For Instruction (WFI) and Wait For Event (WFE) with timeout (AArch64)
- Branch-Record recording (Armv9.2 only)
5.8 Armv8.8-A and Armv9.3-A
- Non-maskable interrupts (AArch64)
- Instructions to optimize memcpy() and memset() style operations (AArch64)
- Enhancements to PAC (AArch64)
- Hinted conditional branches
Armv9-A是ARM公司最新的架构，但是目前还没有完全公开。
最后提一句，现在基于ARM处理器的多核服务器芯片设计正火，国内外玩家越来越多。ARM公司推出了Server Base System Architecture（SBSA）规范，提出了服务器的硬件要求。下表总结了与Armv8.x-A相关的SBSA要求。
SBSA文档是公开的，感兴趣的朋友可以去官网下载。目前我看到的SBSA文档版本是7.0，在2021年1月发布。
其实SBSA中就是规定了一些规则（rule），对于不同等级有不同的要求。下图是SBSA的不同等级对处理器，SMMU和GIC的要求，可以与上一张图结合看。
终于鼓足勇气，开始啃ARM架构手册。一万多页的文档，咱们慢慢来，日拱一卒，每天进步一点点。
原作者：老秦谈芯
