ARM64 ABI 慣例概觀
在 64 位模式的 ARM 處理器上編譯並執行時，Windows 的基本應用程式二進位介面 （ABI）大部分都遵循 ARM 的標準 AArch64 EABI。 本文會重點說明 EABI 中所記載專案的一些重要假設和變更。 如需 32 位 ABI 的相關信息，請參閱 ARM ABI 慣例概觀。 如需標準 ARM EABI 的詳細資訊，請參閱 ARM 架構 的應用程式二進位介面 （ABI） （外部連結）。
定義
隨著 64 位支援的引進，ARM 已定義數個詞彙：
- AArch32 – ARM 所定義的舊版 32 位指令集架構（ISA），包括 Thumb 模式執行。
- AArch64 – ARM 所定義的新 64 位指令集架構 （ISA）。
- ARMv7 – 第 7 代 ARM 硬體的規格，其中只包含 AArch32 的支援。 此版本的 ARM 硬體是支援 ARM 的第一個 Windows 版本。
- ARMv8 – 第 8 代 ARM 硬體的規格，其中包含 AArch32 和 AArch64 的支援。
Windows 也會使用這些詞彙：
- ARM – 是指 32 位 ARM 架構（AArch32），有時稱為 WoA（ARM 上的 Windows）。
- ARM32 – 與上述 ARM 相同;為了清楚起見，本檔使用。
- ARM64 – 是指 64 位 ARM 架構 （AArch64）。 沒有像 WoA64 這樣的事情。
最後，參考數據類型時，會參考ARM中的下列定義：
- Short-Vector – 在 SIMD 中直接表示的數據類型，向量為 8 個字節或 16 個字節的元素。 它對齊其大小，可以是8個字節或16個字節，其中每個元素可以是1、2、4或8個字節。
- HFA （同質浮點匯總） – 具有 2 到 4 個相同浮點成員、浮點數或雙精度浮點數的數據類型。
- HVA （同質短向量匯總） – 具有 2 到 4 個相同 Short-Vector 成員的數據類型。
基本需求
ARM64 版本的 Windows 預先假設它隨時都在 ARMv8 或更新版本的架構上執行。 浮點數和 NEON 支援都假設存在於硬體中。
ARMv8 規格描述 AArch32 和 AArch64 的新選擇性密碼編譯和 CRC 協助程式作業碼。 他們的支援目前是選擇性的，但建議使用。 若要利用這些 opcode，應用程式應該先進行運行時間檢查，以檢查其是否存在。
位元組序
如同 ARM32 版本的 Windows，在 ARM64 Windows 上會以小端模式執行。 若在 AArch64 中支援核心模式，切換結束度很難達成，因此更容易強制執行。
對齊方式
在ARM64上執行的Windows可讓CPU硬體以透明方式處理未對齊的存取。 在 AArch32 的改進中，這項支援現在也適用於所有整數存取（包括多字存取），以及浮點存取。
不過，仍必須一律對齊未快取（裝置）記憶體的存取權。 如果程式代碼可能從未快取的記憶體讀取或寫入錯誤數據，則必須確定所有存取都一致。
局部變數的預設版面設定對齊方式：
| 以位元組為單位的大小 | 以位元組為單位的對齊方式 |
|---|---|
| 1 | 7 |
| 2 | 2 |
| 3, 4 | 4 |
| > 4 | 8 |
全域和靜態的預設版面配置對齊方式：
| 以位元組為單位的大小 | 以位元組為單位的對齊方式 |
|---|---|
| 1 | 1 |
| 2 - 7 | 4 |
| 8 - 63 | 8 |
| >= 64 | 16 |
整數快取器
AArch64 架構支援 32 個整數快取器：
| 註冊 | 揮發性 | 角色 |
|---|---|---|
| x0-x8 | 動態 | 參數/結果臨時緩存器 |
| x9-x15 | 動態 | 臨時快取器 |
| x16-x17 | 動態 | 程式內呼叫臨時緩存器 |
| x18 | N/A | 保留的平台快取器：在核心模式中，指向目前處理器的 KPCR;在使用者模式中，指向TEB |
| x19-x28 | 靜態 | 臨時快取器 |
| x29/fp | 靜態 | 框架指標 |
| x30/lr | 兩者 | 鏈接快存器：被呼叫端函式必須保留它以傳回它，但呼叫端的值將會遺失。 |
每個緩存器可以存取為完整的 64 位值（透過 x0-x30）或 32 位值（透過 w0-w30）。 32 位作業會將其結果零延伸至 64 位。
如需參數緩存器使用的詳細資訊，請參閱參數傳遞一節。
不同於 AArch32，程式計數器 （PC） 和堆疊指標 （SP） 不會編制索引緩存器。 其存取方式有限。 另請注意，沒有 x31 快取器。 該編碼用於特殊用途。
框架指標 （x29） 與 ETW 和其他服務所使用的快速堆疊步行相容。 它必須指向堆疊上先前的 {x29， x30} 組。
浮點/SIMD 快取器
AArch64 架構也支援 32 個浮點/SIMD 快取器，摘要如下：
| 註冊 | 揮發性 | 角色 |
|---|---|---|
| v0-v7 | 動態 | 參數/結果臨時緩存器 |
| v8-v15 | 兩者 | 低64位為非揮發性。 高64位是 Volatile。 |
| v16-v31 | 動態 | 臨時快取器 |
每個緩存器都可以以完整的 128 位值存取（透過 v0-v31 或 q0-q31）。 它可存取為 64 位值（透過 d0-d31）、32 位值（透過 s0-s31）、16 位值（透過 h0-h31）或 8 位值（透過 b0-b31）。 存取小於128位的存取只會存取完整128位緩存器中的較低位。 除非另有指定，否則它們會讓其餘位維持不變。 （AArch64 與 AArch32 不同，其中較小的緩存器被包裝在較大的緩存器之上。
浮點控制器 （FPCR） 在其內的各種位欄位上具有特定需求：
| Bits | 意義 | 揮發性 | 角色 |
|---|---|---|---|
| 26 | AHP | 非揮發性 | 替代半精確度控件。 |
| 25 | DN | 非揮發性 | 預設 NaN 模式控制件。 |
| 24 | FZ | 靜態 | 排清到零模式控制件。 |
| 23-22 | RMode | 靜態 | 四捨五入模式控制件。 |
| 15,12-8 | IDE/IXE/etc | 非揮發性 | 例外狀況陷阱啟用位，必須一律為 0。 |
系統快取器
如同 AArch32，AArch64 規格提供三個系統控制的「線程標識碼」緩存器：
| 註冊 | 角色 |
|---|---|
| TPIDR_EL0 | 已保留。 |
| TPIDRRO_EL0 | 包含目前處理器的 CPU 號碼。 |
| TPIDR_EL1 | 指向目前處理器的 KPCR 結構。 |
浮點例外狀況
AArch64 系統上支援 IEEE 浮點例外狀況是選擇性的。 對於具有硬體浮點例外狀況的處理器變體，Windows 核心會以無訊息方式攔截例外狀況，並在 FPCR 快取器中隱含停用這些例外狀況。 這個陷阱可確保跨處理器變體的正規化行為。 否則，在沒有例外狀況支持的情況下，在平臺上開發的程式代碼可能會在支援的平臺上執行時，發現自己會採取非預期的例外狀況。
參數傳遞
針對非變異函式，Windows ABI 會遵循 ARM 為參數傳遞所指定的規則。 這些規則會直接從 AArch64 架構的程式調用標準中摘錄：
階段 A – 初始化
這個階段剛好完成一次，再開始處理自變數。
下一個一般用途緩存器號碼 （NGRN） 設定為零。
下一個 SIMD 和浮點緩存器號碼 （NSRN） 設定為零。
下一個堆疊自變數位址 （NSAA） 會設定為目前的堆疊指標值 （SP）。
階段 B – 自變數的預先填補和延伸
針對清單中的每個自變數，會套用下列清單中的第一個比對規則。 如果沒有符合規則，則會使用未修改自變數。
如果自變數類型是複合類型，其大小不能由呼叫端和被呼叫者靜態決定，自變數會複製到記憶體，而自變數會由複本的指標取代。 （C/C++中沒有這類類型，但它們存在於其他語言或語言延伸模組中）。
如果自變數類型是 HFA 或 HVA，則會使用未修改的自變數。
如果自變數類型是大於 16 個字節的複合類型，則會將自變數複製到呼叫端配置的記憶體，而自變數會由複本的指標取代。
如果自變數類型是複合類型，則自變數的大小會四捨五入為最接近的8個字節倍數。
階段 C – 將自變數指派給緩存器和堆疊
針對清單中的每個自變數，會接著套用下列規則，直到已配置自變數為止。 將自變數指派給緩存器時，緩存器中的任何未使用位都有未指定的值。 如果自變數指派給堆疊位置，則任何未使用的填補位元組都有未指定的值。
如果自變數是半精確度、單精度、雙精度浮點數或短向量類型，且 NSRN 小於 8，則會將自變數配置給緩存器 v[NSRN] 最小有效位。 NSRN 會遞增一個。 自變數現在已配置。
如果自變數是 HFA 或 HVA，而且有足夠的未配置 SIMD 和浮點緩存器（NSRN + 成員數目 ≤ 8），則自變數會配置給 SIMD 和浮點緩存器，每一個 HFA 或 HVA 成員一個緩存器。 NSRN 會以所使用的緩存器數目遞增。 自變數現在已配置。
如果自變數是 HFA 或 HVA，則 NSRN 會設定為 8，而自變數的大小會四捨五入為最接近的 8 個字節倍數。
如果自變數是 HFA、HVA、四精確度浮點數或短向量類型，則 NSAA 會四捨五入為 8 的較大值或自變數類型的自然對齊。
如果自變數是半精確度或單精度浮點類型，則自變數的大小會設定為8個字節。 效果就像自變數已複製到64位緩存器中最小有效位，而其餘位則填入未指定值。
如果自變數是 HFA、HVA、半精確度、單精度、雙精度浮點數或短向量類型，則會將自變數複製到調整後的 NSAA 記憶體中。 NSAA 會增加引數的大小。 自變數現在已配置。
如果自變數是整數或指標類型，自變數的大小會小於或等於 8 個字節，而 NGRN 小於 8，自變數會複製到 x[NGRN] 中最小有效位。 NGRN 會遞增一個。 自變數現在已配置。
如果自變數的對齊方式為 16，則 NGRN 會四捨五入為下一個偶數。
如果自變數是整數類型，則自變數的大小等於 16，而 NGRN 小於 7，自變數會複製到 x[NGRN] 和 x[NGRN+1]。 x[NGRN] 應包含自變數記憶體表示法的較低尋址雙字。 NGRN 會遞增兩個。 自變數現在已配置。
如果自變數是複合類型，且自變數的雙字大小不超過 8 減 NGRN，則自變數會複製到連續的一般用途緩存器，從 x[NGRN 開始]。 自變數會傳遞，就像它已從雙字對齊位址載入緩存器一樣，並具有從記憶體載入連續緩存器的適當 LDR 指令序列。 此標準未指定緩存器中任何未使用部分的內容。 NGRN 會以所使用的緩存器數目遞增。 自變數現在已配置。
NGRN 設定為8。
NSAA 會四捨五入為8或自變數類型的自然對齊。
如果自變數是複合類型，則會將自變數複製到調整后的NSAA記憶體。 NSAA 會增加引數的大小。 自變數現在已配置。
如果自變數的大小小於8個字節，則自變數的大小會設定為8個字節。 效果就好像自變數已複製到64位緩存器中最小有效位，而其餘位則填入未指定的值。
自變數會複製到調整后的NSAA記憶體。 NSAA 會增加引數的大小。 自變數現在已配置。
Addendum：Variadic 函式
採用可變自變數數目的函式會以不同於上述方式處理，如下所示：
所有複合都會一樣處理;不特別處理 HFA 或 HVA。
不會使用 SIMD 和浮點緩存器。
實際上，將自變數配置至虛構堆疊的規則 C.12–C.15 與下列規則相同，其中前 64 個字節的堆疊會載入 x0-x7，而任何剩餘的堆疊自變數通常會放置。
傳回值
整數值會在 x0 中傳回。
浮點值會視情況在 s0、d0 或 v0 中傳回。
如果下列所有保留項目，類型會被視為 HFA 或 HVA：
- 它不是空的，
- 它沒有任何非簡單的預設或複製建構函式、解構函式或指派運算元，
- 其所有成員具有相同的 HFA 或 HVA 類型，或是符合其他成員 HFA 或 HVA 類型的 float、double 或 neon 類型。
在 s0-s3、d0-d3 或 v0-v3 中傳回具有四個或更少專案的 HVA 值。
傳回的型別會根據是否有特定屬性，以及函式是否為非靜態成員函式，以不同的方式處理。 具有所有這些屬性的類型，
- 它們是由 C++14 標準定義所匯總，也就是說，他們沒有使用者提供的建構函式、沒有私人或受保護的非靜態數據成員、沒有基類，也沒有虛擬函式，以及
- 他們有一個簡單的複製指派運算元，以及
- 他們有一個微不足道的解構函式，
和 是由非成員函式或靜態成員函式傳回，請使用下列傳回樣式：
- 在 s0-s3、d0-d3 或 v0-v3 中會傳回具有四個或更少元素的 HFA 類型。
- 小於或等於8個字節的類型會在 x0 中傳回。
- 小於或等於 16 個字節的類型會在 x0 和 x1 中傳回，其中 x0 包含低階 8 個字節。
- 對於其他匯總類型，呼叫端應保留足夠大小和對齊方式的記憶體區塊，以保存結果。 記憶體區塊的位址應該以 x8 中函式的額外自變數的形式傳遞。 被呼叫者可以在子程式執行期間的任何時間點修改結果記憶體區塊。 呼叫端不需要保留儲存在 x8 中的值。
所有其他類型都會使用此慣例：
- 呼叫端應保留足夠大小和對齊方式的記憶體區塊，以保存結果。 記憶體區塊的位址應當做 x0 中函式的額外自變數傳遞，如果 x0 中傳遞$this則為 x1。 被呼叫者可以在子程式執行期間的任何時間點修改結果記憶體區塊。 被呼叫者會傳回 x0 中記憶體區塊的位址。
Stack
在 ARM 提出的 ABI 之後，堆疊必須隨時保持 16 位元組對齊。 AArch64 包含硬體功能，可在 SP 未對齊 16 位元組且完成 SP 相對負載或存放區時產生堆疊對齊錯誤。 Windows 會隨時啟用此功能執行。
配置 4k 或更多堆疊值的函式，必須確保每個頁面在最後一頁之前依序觸控。 此動作可確保 Windows 用來展開堆疊的防護頁面無法「跳躍」任何程序代碼。 一般而言，觸控是由 __chkstk 協助程式所完成，其具有自定義呼叫慣例，其會通過 x15 中除以 16 的總堆棧配置。
紅色區域
目前堆疊指標正下方的16位元組區域會保留供分析和動態修補案例使用。 此區域允許插入仔細產生的程式代碼，以將兩個緩存器儲存在 [sp， #-16] ，並暫時將其用於任意用途。 Windows 核心保證在使用者和核心模式中都採用例外狀況或中斷時，不會覆寫這 16 個字節。
核心堆疊
Windows 中的預設核心模式堆疊是六頁（24k）。 請特別注意核心模式中具有大型堆疊緩衝區的函式。 一個不及時的中斷可能會有很少的頭部，並建立堆棧恐慌錯誤檢查。
堆疊行走
Windows 中的程式代碼會使用啟用框架指標來編譯 ，以啟用快速堆疊行走。 一般而言，x29 （fp） 會指向鏈結中的下一個連結，也就是 {fp， lr} 組，表示堆棧上上一個框架的指標和傳回位址。 鼓勵第三方程式代碼啟用框架指標，以允許改善的分析與追蹤。
例外狀況回溯
例外狀況處理期間的回溯會透過使用回溯程式代碼來協助。 回溯程式代碼是儲存在可執行檔之 .xdata 區段中的位元組序列。 它們以抽象的方式描述序言和結尾的作業，以便復原函式序言的效果，以準備備份至呼叫端的堆疊框架。 如需回溯程式代碼的詳細資訊，請參閱 ARM64 例外狀況處理。
ARM EABI 也會指定使用回溯程式代碼的例外狀況回溯模型。 不過，所呈現的規格不足以在 Windows 中回溯，這必須處理電腦位於函式序言或結尾的案例。
動態產生的程式代碼應該透過 RtlAddFunctionTable 和相關聯的函式來描述動態函式數據表，讓產生的程式代碼可以參與例外狀況處理。
迴圈計數器
所有 ARMv8 CPU 都必須支援循環計數器緩存器，這是 Windows 設定在任何例外狀況層級可讀取的 64 位緩存器，包括使用者模式。 您可以使用元件程式代碼中的 MSR opcode，或 _ReadStatusReg C/C++ 程式代碼中的內建，透過特殊PMCCNTR_EL0緩存器來存取它。
這裡的循環計數器是真正的迴圈計數器，而不是時鐘。 計數頻率會隨著處理器頻率而有所不同。 如果您覺得必須知道迴圈計數器的頻率，就不應該使用循環計數器。 相反地，您要測量時鐘時間，您應該使用 QueryPerformanceCounter。