本文声明：内容来源于网络，进行整合/再创作；部分内容由AI辅助生成。
ARMv8 异常概述
在嵌入式系统中，异常（Exception） 是一个统称，指任何导致处理器暂停当前正常程序，转而去处理特定事件的情况。
虽然在实际应用中常统称为"异常"，但根据事件来源的不同，它们分为两类：
|---------------------|-----------------------------------|--------------------------------|
| | 异常 (Exception) (狭义，内部源) | 中断 (Interrupt) (外部源) |
| 触发来源 | 处理器内部 | 处理器外部 |
| 触发时机 （本质区别） | 指令执行时出错 / 非法操作 | 外设发出的"信号"或"请求" |
| 管理机制 | 由处理器内核直接检测 | 通常由中断控制器统一管理、上报CPU |
| 可屏蔽性 | 通常不可屏蔽（除非关闭整个中断系统，但致命错误仍需处理） | 大部分可屏蔽（通过中断控制器使能 / 屏蔽中断请求） |
| 典型例子 | 非法指令执行 地址访问错误 触发特定状态（如系统调用） | 按键按下 传感器数据到达 定时器超时 |
尽管来源不同，但在嵌入式开发中，两者都会打断主程序，进入特定的处理器运行模式。因此，实际中往严格区分异常与中断，统称为"异常处理"。
为了确保系统的实时性、程序执行的稳定性，ARM 处理器设计了完整的异常处理机制：
- 打断正常流程：一旦检测到异常或中断，CPU会立即暂停正在执行的程序。
- 切换处理模式：CPU自动进入特定的异常处理模式。
- 执行处理程序：跳转到预设的地址，运行对应的异常处理程序。
- 恢复执行：处理完成后，CPU返回到原程序继续执行。
ARMv8 异常级别
ARMv8架构的处理器支持两种执行状态：AArch32和AArch64，且ARMv8系列的处理器在不同的执行状态下使用不同的异常处理系统。AArch32执行状态的主要目的是向下兼容ARMv7架构。
AArch32下的特权级别
在AArch32执行状态下，内核工作模式（也称处理器运行模式）可以在特权软件控制下更改，或在发生异常时自动更改。当发生异常时，内核保存当前执行状态和返回地址，进入对应的异常模式，可以选择禁用硬件中断。
AArch32处理器运行模式简介与特权级别
|--------|-------------------------------------------------------------|----------|----------------------------------|
| 模式 | 功能 | 安全状态 | 特权级别PL (Privilege Level) |
| USR | 大多数应用程序运行的非特权模式 | 安全和非安全 | PL0 |
| FIQ | 进入FIQ中断异常 | 安全和非安全 | PL1 |
| IRQ | 进入IRQ中断异常 | 安全和非安全 | PL1 |
| SVC | 在复位或软中断指令进入SVC模式 | 安全和非安全 | PL1 |
| MON | 当执行SMC指令（安全监视器调用）或处理器发生异常时输入，可将其配置为安全处理。支持在安全状态和非安全状态之间进行切换 | 安全 | PL1 |
| ABT | 进入内存访问异常 | 安全和非安全 | PL1 |
| UND | 在执行未定义的指令时进入 | 安全和非安全 | PL1 |
| SYS | 特权模式，与用户模式共享寄存器 | 安全和非安全 | PL1 |
| HYP | 由Hypervisor调用和Hyp Trap异常输入 | 非安全 | PL2 |
应用程序在最低级别的特权（PL0，无特权）下运行。操作系统运行在PL1，系统管理程序在System上运行，虚拟化扩展在PL2上运行。安全监视器作为在安全与非安全（正常）之间切换的网关，也作用于PL1。
AArch32 特权级别
AArch64下的异常级别
在AArch64中，处理器运行模式映射到异常级别，如下图所示。与ARMv7中一样，当发生异常时，处理器将更改为支持异常处理对应的异常级别（模式）。
AArch64 异常级别
|------------------|--------------------|-------------------|-----------------------|
| 图中层次 | 正常状态 | 安全状态 | 对应异常级别 |
| 应用层 / 安全固件 | 应用程序 | 安全固件 / 可信应用 | EL0（用户态，无特权） |
| 客户操作系统层 / 安全操作系统 | 客户操作系统 （如 Linux） | 安全操作系统 （如 TEE OS） | EL1（内核态，特权） |
| 虚拟化层 (HYP) | Hypervisor （如 KVM） | 不存在 | EL2 （虚拟化态，仅在正常世界） |
| 安全监控层 (MON) | 安全监控器 | 安全监控器 | EL3 （最高特权，负责世界切换） |
可以看到，ARMv8-A架构有4个异常级别。处理器执行只能通过接收或返回异常来在异常级别之间进行切换，当处理器从更高的异常级别切换到更低的异常级别时，执行状态可以保持不变。
异常级别之间的运转遵循以下规则：
①切换到更高的异常级别，例如从EL0 → EL1，表示提高了软件执行特权。
②不能将异常切换到较低的异常级别。（异常进入是为了处理问题，必须获得更高的权限，所以只能 "往上走"。）
③若在EL0没有进行异常处理，则必须在更高的异常级别进行。
④异常会导致程序流的更改，根据异常向量表，进入到高于EL0的异常级别，执行异常处理程序。以下特殊情况除外：中断、内存系统中止、未定义指令、非特权软件对操作系统进行系统调用、保护监视程序或管理程序陷阱。
⑤异常处理结束并返回到之前的异常级别是通过执行异常返回指令（Exception Return，ERET）指令来实现的。
⑥从异常返回可以保持在相同的异常级别，也可以进入更低的异常级别，即软件执行特权保持不变或降低，但它不能进入到更高的异常级别。（异常返回是问题处理完毕，要恢复到原来的执行环境，所以可以 "往下走"。）
⑦安全状态会随着异常级别的变化而变化，但从EL3恢复到非安全状态时除外。