ARM64-A移植说明

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概述

XWOS的源码中，已包含了大部分ARM64-Cortex-A架构的代码：

架构描述层(ADL)
- ARMv8a: XWOS/xwcd/soc/arm/v8a
CPU描述层(CDL)
- m0: XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/a72
- m0p: XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/a76a55
SOC描述层(SDL)
- UNISOC A7870: XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/a76a55/a7870
- 树莓派4B SOC: XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/a72/bcm2711

新的SOC芯片，只需在CPU文件夹中增加SOC文件夹，其中包括：

初始化： soc_init.h 与 soc_init.c
中断： xwosimpl_irq.h 与 xwosimpl_irq.c
- 其中需要给出XWOS内核移植层(XWOSPL) XWOS/xwos/ospl/irq.h 中声明的函数的实现。
调度器： xwosimpl_skd.h 与 xwosimpl_skd.c
- 其中需要给出XWOS内核移植层(XWOSPL) XWOS/xwos/ospl/skd.h 中声明的函数的实现。
滴答定时器： xwosimpl_syshwt.h 与 xwosimpl_syshwt.c
- 其中需要给出XWOS内核移植层(XWOSPL) XWOS/xwos/ospl/syshwt.h 中声明的函数的实现。
.lds ：链接脚本

类型的定义

XWOS内核移植层(XWOSPL) XWOS/xwos/ospl/type.h 要求SOC给出标准类型的定义：

XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/xwosimpl_arch_type.h

编译器的宏定义

XWOS移植实现层位于：

XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/xwosimpl_arch_compiler.h

gcc: XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/compiler/gcc.h
llvm: XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/compiler/llvm.h

无锁队列的实现

XWOS移植实现层位于：

XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/xwosimpl_arch_lfq.h
XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/xwosimpl_arch_lfq.c

自旋锁

XWOS移植实现层位于：

XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/xwosimpl_arch_spinlock.h

架构指令

XWOS移植实现层位于：

XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/xwosimpl_arch_isa.h

位操作

XWOS移植实现层位于：

XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/xwosimpl_arch_xwbop.c

8位原子操作

XWOS内核移植层(XWOSPL) XWOS/xwos/ospl/xwaop8.h 要求SOC在汇编指令层面给出单字节原子操作的实现：

XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/xwaop/s8.c
XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/xwaop/u8.c

16位原子操作

XWOS内核移植层(XWOSPL) XWOS/xwos/ospl/xwaop16.h 要求SOC在汇编指令层面给出双字节原子操作的实现：

XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/xwaop/s16.c
XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/xwaop/u16.c

32位原子操作

XWOS内核移植层(XWOSPL) XWOS/xwos/ospl/xwaop32.h 要求SOC在汇编指令层面给出4字节原子操作的实现：

XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/xwaop/s32.c
XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/xwaop/u32.c

64位原子操作

XWOS内核移植层(XWOSPL) XWOS/xwos/ospl/xwaop64.h 要求SOC在汇编指令层面给出8字节原子操作的实现：

XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/xwaop/s64.c
XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/xwaop/u64.c

系统初始化

SPSel 设置为 1 ，不同EL等级使用不同的SP寄存器
SCTLR_EL1.EE = 0 ：选择小端格式
SCTLR_EL1.SA = 1 ：开启stack对齐检测
SCTLR_EL1.A = 0 ：关闭对齐检测，对齐检测经常导致进sync异常
SCTLR_EL1.C = 1 ：开启数据缓存
SCTLR_EL1.I = 1 ：开启指令缓存
SCTLR_EL2.EE = 0 ：选择小端格式
SCTLR_EL2.SA = 1 ：开启stack对齐检测
SCTLR_EL2.A = 0 ：关闭对齐检测，对齐检测经常导致进sync异常
SCTLR_EL2.C = 1 ：开启数据缓存
SCTLR_EL2.I = 1 ：开启指令缓存
CPACR_EL1.FPEN = 0b11 ：开启浮点单元
暂时不启用虚拟化

HCR_EL2.VM = 0 HCR_EL2.TGE = 0

中断

XWOS移植实现层位于：

XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/[CPU]/[SOC]/xwosimpl_irq.h
XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/[CPU]/[SOC]/xwosimpl_irq.c

不在EL3响应异常

SCR_EL3.FIQ = 0 SCR_EL3.IRQ = 0 HCR_EL3.EA = 0 HCR_EL3.HCE = 1 开启 HVC 指令

CPTR_EL3 中关闭trap
CPTR_EL2 中关闭trap
在EL2中处理中断

HCR_EL2.AMO = 1 HCR_EL2.IMO = 1 HCR_EL2.FMO = 1

调度器

XWOS内核移植层(XWOSPL) XWOS/xwos/ospl/skd.h 要求SOC提供调度器切换上下文等操作的实现：

XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/[CPU]/[SOC]/xwosimpl_skd.h
XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/[CPU]/[SOC]/xwosimpl_skd.c

基于ARM-V8A架构的Soc的具体实现方法基本相同。因此又可以统一实现为：

XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/arch_skd.h
XWOS/xwcd/soc/arm/v8a/arch_skd.c

XWOS内核运行在EL2，使用sp_el2

线程

线程运行在 EL2T ，内核运行在 EL2H 。

栈

按照AAPCS64的要求，使用 16字节对齐 的 满递减 栈，因此配置文件 cfg/xwos.h
- XWMMCFG_FD_STACK 配置为 1
- XWMMCFG_ALIGNMENT 配置为 16U

栈结构


            +------------+-----------------------------+
   sp+0x31c | reserved   |                             |
   sp+0x318 | reserved   |                             |
   sp+0x314 | FPCR       |                             |
   sp+0x310 | FPSR       |   volatile (caller-saved)   |
            +------------+-----------------------------+
   sp+0x300 | q31        |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x2F0 | q30        |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x2E0 | q29        |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x2D0 | q28        |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x2C0 | q27        |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x2B0 | q26        |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x2A0 | q25        |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x290 | q24        |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x280 | q23        |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x270 | q22        |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x260 | q21        |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x250 | q20        |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x240 | q19        |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x230 | q18        |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x220 | q17        |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x210 | q16        |   volatile (caller-saved)   |
            +------------+-----------------------------+
   sp+0x200 | q15        | non-volatile (callee-saved) |
   sp+0x1F0 | q14        | non-volatile (callee-saved) |
   sp+0x1E0 | q13        | non-volatile (callee-saved) |
   sp+0x1D0 | q12        | non-volatile (callee-saved) |
   sp+0x1C0 | q11        | non-volatile (callee-saved) |
   sp+0x1B0 | q10        | non-volatile (callee-saved) |
   sp+0x1A0 | q9         | non-volatile (callee-saved) |
   sp+0x190 | q8         | non-volatile (callee-saved) |
            +------------+-----------------------------+
   sp+0x180 | q7         |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x170 | q6         |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x160 | q5         |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x150 | q4         |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x140 | q3         |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x130 | q2         |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x120 | q1         |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x110 | q0         |   volatile (caller-saved)   |
            +------------+-----------------------------+
   sp+0x108 | spsr       |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x100 | pc(elr)    |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0xF8  | sp         |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0xF0  | lr         |   volatile (caller-saved)   |
   ---------+------------+-----------------------------+
   sp+0xE8  | x29        | non-volatile (callee-saved) |
   sp+0xE0  | x28        | non-volatile (callee-saved) |
   sp+0xD8  | x27        | non-volatile (callee-saved) |
   sp+0xD0  | x26        | non-volatile (callee-saved) |
   sp+0xC8  | x25        | non-volatile (callee-saved) |
   sp+0xC0  | x24        | non-volatile (callee-saved) |
   sp+0xB8  | x23        | non-volatile (callee-saved) |
   sp+0xB0  | x22        | non-volatile (callee-saved) |
   sp+0xA8  | x21        | non-volatile (callee-saved) |
   sp+0xA0  | x20        | non-volatile (callee-saved) |
   sp+0x98  | x19        | non-volatile (callee-saved) |
   sp+0x90  | x18        | non-volatile (callee-saved) |
   ---------+------------+-----------------------------+
   sp+0x88  | x17        |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x80  | x16        |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x78  | x15        |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x70  | x14        |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x68  | x13        |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x60  | x12        |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x58  | x11        |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x50  | x10        |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x48  | x9         |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x40  | x8         |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x38  | x7         |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x30  | x6         |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x28  | x5         |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x20  | x4         |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x18  | x3         |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x10  | x2         |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x08  | x1         |   volatile (caller-saved)   |
   sp+0x00  | x0         |   volatile (caller-saved)   |
            --------------------------------------------

说明：x18寄存器按照官方手册描述，应该为 caller-saved ，但Linux内核将此寄存器用作 ShadowCallStack 的指针（配置 CONFIG_SHADOW_CALL_STACK 为 y 时），此时x18应该为 callee-saved 的。
XWOS和Linux保持一致，因此x18也为 callee-saved 。
需要增加编译选项 -ffixed-x18 。

注意目前版本的XWOS，还未实现浮点上下文的保存与恢复，计划基于Lazy Save and Restore技术实现：

SIMD的寄存器(q0~q31)

ARMv8.2-A推出SVE，q0~~q31扩展为z0~~z31，寄存器变长，最长2048位

ARMv9-A推出SVE2，又多出16个谓词寄存器（P0-P15）

ARMv9-A推出SME，又多出ZA寄存器，最大可达64KiB

滴答定时器

XWOS内核移植层(XWOSPL) XWOS/xwos/ospl/syshwt.h 要求SOC给出滴答定时器的实现：

xwcd/soc/arm/v8a/[CPU]/[SOC]/xwosimpl_soc_syshwt.h
xwcd/soc/arm/v8a/[CPU]/[SOC]/xwosimpl_soc_syshwt.c

XWOS运行在EL2，使用cnthp：

xwcd/soc/arm/v8a/arch_timer.h
xwcd/soc/arm/v8a/arch_timer.c

最后修改 July 7, 2026: chore: :tade: 创建玄武操作系统网站 (1c12f7d)