QEMU树莓派3B裸机启动SCR_EL3寄存器配置疑问

疑问1：不启用SCR_EL3的HCE位，start_el2末尾的eret指令无法正常工作的原因 #

SCR_EL3的HCE（Hypervisor Call Enable）位负责启用EL2的虚拟化功能。当该位为0时，EL2处于非活跃状态，ARM架构不允许EL2执行特权级切换操作——也就是无法通过eret从EL2返回至EL1。此时执行eret会触发未定义异常，直接中断启动流程。代码中从EL3进入EL2后需要切换到EL1完成初始化，必须开启HCE位让EL2具备虚拟化切换的权限。

疑问2：将NS位设为0时无法正常工作，安全模式为何阻塞eret？ #

SCR_EL3的NS（Non-Secure）位控制进入安全状态（NS=0）还是非安全状态（NS=1）。虽然安全模式理论上拥有更高的内存访问权限，但它依赖完整的安全环境支撑：

• 树莓派3B（及QEMU模拟环境）默认未初始化安全世界的基础配置，比如安全状态下的异常向量表、内存分区、安全监控模式（SMC）的处理逻辑等；
• 代码完全没有针对安全状态做适配，既未配置安全EL1的相关寄存器，也未设置安全内存映射，此时从安全态EL2执行eret返回安全态EL1时，会因缺少必要的安全环境触发异常，导致启动失败。

疑问3：代码中设置了RES保留位的原因 #

代码注释中标注的RES保留位，大概率是以下两种情况：

1. 注释错误：0x5b1对应的二进制位中，存在代码作者误判为保留的功能位。比如bit3或bit5，在标准ARM架构文档中可能被标记为保留，但QEMU对树莓派3B的模拟未严格校验这些位，设置后不会触发异常；
2. 测试遗留：代码作者在调试时发现设置这些位不影响启动流程，便保留了下来。标准ARM架构要求保留位必须设为0，但QEMU的宽松模拟允许非合规设置，因此不会导致运行错误。

附相关汇编代码 #

_start:
    // in QEMU all of 4 ARM CPUs are started simultaneously
    // by default. I don't know if this is the real hw behaviour,
    // but here I jump to halt if CPU ID (stored in MPIDR
    // register, first 2 bits) is not 0
    mrs   x1, mpidr_el1
    and   x1, x1, #3
    cmp   x1, #0
    bne   hang 

    // address for stack pointer
    ldr   x1, =_start

    // drop to EL2
    mov   x2, #0x5b1    // RW=1, HCE=1, SMD=1, RES=1, NS=1
    msr   scr_el3, x2
    mov   x2, #0x3c9    // D=1, A=1, I=1, F=1 M=EL2h
    msr   spsr_el3, x2
    adr   x2, start_el2
    msr   elr_el3, x2
    eret

start_el2:
    // set sp in EL1
    msr   sp_el1, x1
    // enable AArch64 in EL1
    mov   x0, #(1 << 31)      // AArch64
    orr   x0, x0, #(1 << 1)   // SWIO hardwired on Pi3
    msr   hcr_el2, x0
    mrs   x0, hcr_el2
    // set vector address in EL1.
    ldr x0, =vector
    msr vbar_el1, x0 
    // change execution level to EL1
    mov   x2, #0x3c4         // D=1, A=1, I=1, F=1 M=EL1t
    msr   spsr_el2, x2
    adr   x2, start_el1
    msr   elr_el2, x2
    eret

start_el1:
    // set sp
    mov   sp, x1
    // Clear bss.
    ldr   x1, =__bss_start
    ldr   w2, =__bss_size
1:  cbz   w2, 2f
    str   xzr, [x1], #8
    sub   w2, w2, #1
    cbnz  w2, 1b

2:  bl main

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Angel Ruiz