ARMv8固件架构：服务器系统关键组件与启动流程

自2011年首发以来，ARMv8架构在移动设备中无处不在。ARM CEO预测ARMv8处理器到2020年将占全球市场25%。软件支持随之跟进，继承长期建立的ARM生态特性与原则。

然而服务器领域格局迥异。x86服务器统治数十年，ARMv8仅近年在部分企业细分市场开辟立足点。ARM在该领域的新颖性，加上ACPI、UEFI等关键标准晚期适配，塑造了其固件栈演进。

本文提供ARMv8服务器系统固件架构高层概览。非详尽无遗，读者应注意新处理器发布可能引入不同技术方案，需更新方法。

当前ARMv8服务器固件实现采用模块化，优势在于跨服务器和嵌入式固件复用组件、隔离变更。图1展示模块加载序列与交互。

图1. 模块加载与交互流程. (来源：Auriga)

启动始于低级子系统初始化——RAM、处理器间通信等——由CPU上电后立即在EL3S模式运行的专用模块处理。该组件享最高特权，通常不直接与操作系统交互。

控制权移交ARM可信固件(ATF)模块，同样在EL3S执行。ATF可直接从0级加载器调用，或通过UEFI PEI模块间接调用。ATF链包含多阶段，各在启动特定点激活。

第一阶段BL1配置安全硬件资源。ARMv8基于硬件的受信/非受信内存隔离要求BL1建立安全环境：编程内存和缓存控制器、指定受信/非受信区域、设置DMA过滤规则。仅安全属性匹配的设备可访问对应内存区。BL1还构建MMU页表和异常向量表，特别是安全监控调用(SMC)处理器，可委派控制给后续阶段。

BL1完成后，将BL2加载入RAM并通过ERET指令移交执行。BL2在EL1S运行——降低特权模式，保护BL1数据代码免意外修改。其主角色是加载剩余固件阶段(BL3变体)并移交控制权。

第三阶段最多含三子阶段，但BL3-2常省略。BL3-1是运行时操作系统交互的受信代码。含SMC处理器，实现PSCI接口——电源管理和核心控制标准调用——及厂商特定扩展。BL3-2若存在，在EL1S运行，作为平台事件(如定时器中断、外设信号)轻量监控器。

BL3-3非ATF部分；它是非安全镜像，在EL2模式接管。典型例子包括U-Boot或UEFI环境，均为服务器启动流程标准。

ATF初始化序列总结见图2。

图2. ATF模块初始化. (来源：Auriga)

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