解密 AArch64：探索 ARM 的 64 位指令集架构

现在市面上存在许多 CPU 架构，其中最主要的是 x86 和 ARM，而 AArch64 可能在你的视野之外。尽管 AArch64 存在于数百万计的设备中，即便是相当了解技术的科技宅可能都没听说过它。其实 AArch64 并不神秘，就是这个技术术语容易让人困惑。本文总结了关于 AArch64 需要了解的一些内容。

AArch64 就是 ARM64？

AArch64 是 Arm 的 64 位指令集架构（ISA）的官方名称，也被人们常称为 ARM64，它是在 Armv8-A 更新中被引入。为什么经常用 ARM64 来代替 AArch64 已经不可考证，但部分混淆似乎源于两个方面：

• 其中一部分原因是因为 x86 的 64 位扩展是 x86-64，所以自然而然地，ARM 的 64 位扩展就应该是 ARM64。
• 直到 2014年，苹果公司也认为如此，并将 AArch64 称为 ARM64。对大多数人来说，「AArch64 是 ARM64」这个解释已经很令人满意了。

如果深入技术细节：AArch64 并不是 ISA，而是一种执行状态，允许 ARM CPU 使用（且仅使用） ARMv8 ISA 的 A64 指令集，该指令集首次出现在 Armv8-A 架构中。

ARM 是一系列相关的 ISA（指令集架构）家族，尽管不同的 ISA 通常意味着不兼容，但这种说法并不完全正确。不同版本的 ARM ISA 被称为 ARMv1、ARMv2 等，但这些 ISA 实际上包含了基本的子 ISA：A-profile、M-profile 和 R-profile。子 ISA 之间的基本区别在于所使用的指令数量，其中 A-profile 使用最多，M-profile 使用最少。因此，ARM ISA 被划分为不同的版本（例如 ARMv8），这些版本进一步分为 ISA 的不同实现。

ARMv8-A 是 ARMv8 ISA 的最初 A-profile 实现，它添加了两个新的东西：AArch32 和 AArch64，被称为状态或模式，它们允许 ARM CPU 访问不同的指令集。

• 其中 AArch32 包含 32 位 A32 和 T32 指令，而 AArch64 包含 64 位 A64 指令。
• 如果处理器当前处于 AArch64 状态并且需要使用 A32 指令，就必须切换到 AArch32 状态。
• 在 AArch64 模式下，可以访问 32 位和 64 位寄存器，而在 AArch32 模式下只能使用 32 位寄存器。

最令人困惑的部分是，这些事物都被称为 ISA，甚至包括开发 ARM ISA 的 Arm 公司在内也是如此。但如果要非常技术化地描述，事实上是这样的：

• ARM ISA 的第八个版本，ARMv8，首次由 Armv8-A 实现，其中包含两个称为 AArch32 和 AArch64 的状态。
• 当 CPU 处于 AArch64 状态时，可以执行 64 位的 A64 指令。因此，从技术上讲，AArch64 是 一种状态，而不是 ISA。

为什么 ARM 同时支持 32 位和 64 位

AArch64 实际上相当复杂，需要切换状态才能使用 32 位和 64 位指令，但同时支持 32 位和 64 位又非常重要。这涉及到两个重要问题：「对旧的 32 位软件的支持」和「满足现代高性能计算」。如果 Arm 在其首个 64 位 ISA 中不支持 32 位软件，那将是一场灾难。没有人愿意从零开始重构新代码，这生意就根本没得做了呗😅。因此，对 32 位的支持是不容讨论的。

另一方面，不支持 64 位计算也是一条死路。x86 背后的 Intel 和 AMD 从 2000 年代初就使用 64 位架构设计 CPU。智能手机的出现改变了一切，人们都希望手机可以完成更多任务。64 位支持不仅可以帮助智能手机变得更加强大，还在传统 x86 主导的市场上抢占了一席之地，例如笔记本电脑、服务器和云计算。

基本上，命名混乱的原因是 Arm 需要根据不断变化的市场来优化技术实现。尽管 AArch64 不是一种 ISA，但大多数人用着用着也就成习惯了。