16-Understanding the Armv8.x extensions

1 Overview
2 What does Armv8.x-A mean?
3 Why do we need the .x extensions?
4 Processor implementation of Armv8.x-A
5 Feature implementation between Armv8.x versions
6 Armv8.x extensions and features
- Armv8.1-A
- Armv8.2-A
- Armv8.3-A
- Armv8.4-A
- Armv8.5-A and Armv9.0-A
- Armv8.6-A and Armv9.1-A
- Armv8.7-A and Armv9.2-A
- Armv8.8-A and Armv9.3-A
7 Which .x extension does my processor implement?
8 Armv8.x-A and the SBSA

1 Overview

对 Arm 架构的添加以版本增量的形式提供，称为扩展。扩展允许根据合作伙伴的需求定期发布新功能，而无需对主要架构进行重大更改. ARM每年都会发布一个新的扩展。与此一致，我们的 Cortex CPU（我们的架构实现）根据它们的发布时间使用最新的扩展。
本文解释了 Arm 架构的扩展，并提供了有关如何阅读和使用它们的指导。

2 What does Armv8.x-A mean?

Arm架构有不同的版本。这些不同的版本通常显示为 ArmvX，其中 X 是版本号。例如，Armv8-A 表示 Arm A-profile 架构的v8 版。 Armv8-A 等版本是该架构的主要版本。

但是，也有一些次要版本添加到主要版本中。这些次要版本称为 .x 扩展。例如，Armv8.1-A 表示 A-profile 架构的v8版本，.1 扩展。

3 Why do we need the .x extensions?

Arm 架构的主要版本的开发可能需要很多年。例如，Armv7-A 于 2007 年发布，Armv8-A 紧随其后的 6 年后，即 2013 年。由于架构需要在主要版本之间演进以添加新功能，因此添加了次要版本，即 .x 扩展名。

自 Armv8-A 发布以来，在主要版本之间添加架构的过程已经正式化。现在每年都会发布 .x 扩展名。从基本规范 Armv8.0-A 开始，2015 年添加了 Armv8.1-A 扩展，2016 年添加了 Armv8.2-A 扩展，依此类推。每个 .x 扩展都建立在最后一个的基础上，因此 Armv8.2-A 包含 Armv8.1-A 的所有功能，并添加了新功能。

每个 .x 扩展名都相对较小。基本规范和原始版本的 Arm 架构参考手册 (Arm ARM) 大约有 6,000 页长。相比之下，Armv8.3-A 规范只有 48 页长。

4 Processor implementation of Armv8.x-A

每个 .x 扩展都包含一组功能，一些是强制性的，一些是可选的。如果处理器实现了该扩展号码的所有强制性功能，以及来自所有先前扩展的功能，则它实现了 .x 扩展。

例如，要描述为实现 Armv8.2-A，处理器必须实现以下所有强制性功能：

Armv8.0-A - the base specification and original release.
Armv8.1-A - the previous extension.
Armv8.2-A - the new extension.

注意：某项功能最初可能是可选的，但后来成为强制性的。例如，Dot Product 指令在从 Armv8.0-A 到 Armv8.3-A 的所有扩展中都是可选的，但在 Armv8.4-A 中成为强制性的。

5 Feature implementation between Armv8.x versions

Armv8.x-A 处理器可以实现下一个 .x 扩展中的任何功能。但是，在此之后，它无法实现来自任何 .x 扩展名的功能。

例如，描述为实现 Armv8.1-A 的处理器：

必须实现 Armv8.0-A 和 Armv8.1-A 的所有强制性功能。
允许实现来自 Armv8.2-A 的一些功能。
不允许实现来自 Armv8.3-A、Armv8.4-A 等的功能。

6 Armv8.x extensions and features

在这里，我们总结了在每个 Armv8.x-A 扩展中添加的新功能。我们不提供完整列表，但包含最重要的功能。注意某些功能仅限于 AArch64 状态.

注意：AArch32 是 32 位执行状态，在 Armv8-A 之前的所有版本的 Arm 架构中都支持。 AArch64 是 64 位执行状态，仅在 Armv8-A 架构中受支持。

Armv8.1-A

Atomic memory access instructions (AArch64)
Limited Order regions (AArch64)
Increased Virtual Machine Identifier (VMID) size, and Virtualization Host Extensions (AArch64) –VHE
Privileged Access Never (PAN) (AArch32 and AArch64)

Armv8.2-A

Support for 52-bit addresses (AArch64) –LPA
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 Serviceabilty (RAS) support becomes mandatory (AArch32 and AArch64)

Armv8.3-A

Pointer authentication (AArch64) –PAC
Nested virtualization (AArch64) – 虚拟化嵌套
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)

Armv8.4-A

Secure virtualization (AArch64) –S-EL2
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 SHA512 and SHA3 (AArch64 only)

Armv8.5-A and Armv9.0-A

Memory Tagging (AArch64) –MTE
Branch Target Identification (AArch64)
Random Number Generator instructions (AArch64)
Cache Clean to Point of Deep Persistence (AArch64)

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)

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)

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

7 Which .x extension does my processor implement?

Arm 架构包括一组功能寄存器（ID寄存器），用于报告处理器支持的功能。对于由 .x 扩展名添加的每个新功能，即使是可选功能，这些功能寄存器中的字段会报告它是否受支持。

例如，ID_AA64MMFR2_EL1.AT 告诉您是否支持 Armv8.4-A 中的relaxed alignment要求。

下面总结了一些Core对应的架构扩展

8 Armv8.x-A and the SBSA

服务器基础系统架构 (SBSA ： Server Base System Architecture) 提供了服务器的硬件要求。 SBSA 确保操作系统、管理程序和固件正确运行。对于标准化程度很重要的服务器，SBSA 包括必须实施架构扩展的规则。

下表总结了与 Armv8.x-A 扩展相关的 SBSA 要求：