對(duì)我們的機(jī)器稍加擴(kuò)展，就可以引入 HYPER 模式。HYPER 模式可以讀/寫所有初始寄存器(RegisterA、RegisterB、RegisterC、UserProgramCounter、RegisterSuper 和 SuperProgramCounter)以及兩個(gè)附加寄存器：RegisterHyper 和 HyperProgramCounter。HYPER 模式下的指令包括初始集以及下面的斜體字。
ADD Register3 Register1 Register2 將 Register1 與 Register2 相加并把結(jié)果放在 Register3 中，即 Register3 = Register1 + Register2。

MOVTO Register2 Register1 將 Register1 中地址所指向的存儲(chǔ)器內(nèi)容移到 Register2。

MOVFROM Register2 Register1 將 Register1 的內(nèi)容移到 Register2 中地址所指向的存儲(chǔ)器。

MOVTOPHYS Register2 Register1 將 Register1 中物理地址指向的存儲(chǔ)器內(nèi)容移到 Register2。

MOVFROMPHYS Register2 Register1 將 Register1 的內(nèi)容移到 Register2 中地址指向的物理存儲(chǔ)器。

ENTERSUPER 進(jìn)入處理器的 SUPER 模式。

EXITSUPER 退出 SUPER 模式并進(jìn)入 USER 模式。

ENTERHYPER 進(jìn)入處理器的 HYPER 模式。

EXITHYPER 退出處理器的 HYPER 模式。

SWITCHSUPER RegisterHyper 切換到 SUPER 程序，該程序?qū)⑹褂?RegisterHyper 中的值來執(zhí)行下一個(gè) SUPER 程序。

HYPER 模式中的附加指令和寄存器允許處理器切換哪個(gè)程序在 SUPER 模式中運(yùn)行，就像 SUPER 模式允許處理器切換哪個(gè)程序在 USER 模式中運(yùn)行一樣。HYPER 模式的一個(gè)特性是能夠切換哪個(gè)存儲(chǔ)器 SUPER 模式能看到；當(dāng)一個(gè)在 HYPER 模式中運(yùn)行的程序執(zhí)行 SWITCHSUPER RegisterHyper 時(shí)，底層存儲(chǔ)器完全斷開。這就是說當(dāng) HYPER 模式中的程序執(zhí)行了 EXITHYPER 之后，下個(gè) SUPER 程序運(yùn)行之時(shí)，SUPER 模式看到的實(shí)際物理存儲(chǔ)器與運(yùn)行在 SUPER 模式中的另一個(gè)程序使用的物理存儲(chǔ)器不同。SUPER 模式程序仍使用相同地址訪問存儲(chǔ)器，但是該地址指向不同的物理位置。圖 1 顯示了執(zhí)行 SWITCHSUPER RegisterHyper 前后的處理器存儲(chǔ)器視圖。

HYPER 模式很有用，是因?yàn)樗试S很多個(gè) SUPER 程序運(yùn)行。SUPER 模式中每個(gè)程序都可以是 OS；這些 OS 本身可以讓很多 USER 程序并列運(yùn)行.這意味著，我們可以在相同硬件上運(yùn)行多個(gè) OS，例如 Windows 和 Linux；在一個(gè)處理器上運(yùn)行 20 個(gè) Linux 實(shí)例；或者之間的任意組合。由于每個(gè)虛擬 OS 實(shí)例無法看到另一個(gè) OS 實(shí)例，因此如果一個(gè)崩潰，不會(huì)使另一個(gè)實(shí)例也崩潰。HYPER 模式的特性還有其他應(yīng)用：我們可以在多個(gè) OS 之間對(duì)系統(tǒng)資源分區(qū)；監(jiān)測(cè) HYPER 模式下每個(gè) OS 的執(zhí)行，以在崩潰時(shí)重啟；以及在虛擬 OS 運(yùn)行時(shí)密切關(guān)注系統(tǒng)狀態(tài)。

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圖 1：HYPER 模式下執(zhí)行 SWITCHSUPER RegisterHyper 的前后區(qū)別

隨著處理器從 USER 切換到 SUPER 模式，再從 SUPER 切換到 HYPER 模式，機(jī)器會(huì)賦予執(zhí)行代碼更多特權(quán)。本例中，USER 模式程序只有權(quán)使用四個(gè)寄存器(RegisterA、RegisterB、RegisterC 和 UserProgramCounter)和四個(gè)指令：(ADD、MOVTO、MOVFROM和ENTER-SUPER)。此外，USER 程序只能讀寫 0x0000_0100 至 0x0FFF_ FFFF 的存儲(chǔ)器。一旦進(jìn)入 SUPER 模式，處理器允許指令與 RegisterSuper 和 SuperProgramCounter 對(duì)話，并允許執(zhí)行 EXITSUPER 和 ENTERHYPER。此外，SUPER 程序可以訪問從 0x0000_0000 至 0x7FFF_FFFF 的存儲(chǔ)器。

最后，一旦處理器進(jìn)入 HYPER 模式，其指令就可以操作 RegisterHyper 和 HyperProgramCounter，而且程序可執(zhí)行 SWITCH-SUPER 和 EXITHYPER。

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圖 2：各種模式如環(huán)形所示

HYPER 模式還允許處理器讀寫所有虛擬存儲(chǔ)器，0x0000_0000 至 0xFFFF_FFFF，以及讀寫實(shí)際物理存儲(chǔ)器。這些特權(quán)等級(jí)通常被直觀地用環(huán)形來描述(圖 2)。主環(huán)，即 HYPER 環(huán)為特權(quán)等級(jí)較低的環(huán)賦予權(quán)限，最終可控制整個(gè)系統(tǒng)。

理論結(jié)合實(shí)踐
ARM? 創(chuàng)建處理器設(shè)計(jì)，供 ARM 合作伙伴構(gòu)建芯片用。ARM 處理器包含一個(gè)或多個(gè)內(nèi)核。每個(gè)內(nèi)核實(shí)現(xiàn)一個(gè) ARM 架構(gòu)。例如，Zynq UltraScale+ MPSoC 包含一個(gè) ARM Cortex?-A53 處理器及四個(gè) ARMv8-A 物理內(nèi)核(圖 3)。

當(dāng)查看 ARM 處理器的文檔和代碼時(shí)，這種區(qū)別很重要；為了全面理解具有一個(gè) ARM 內(nèi)核的“芯片”，可參考有關(guān)架構(gòu) (如 ARMv8-A) 和處理器 (如 Cortex-A53) 的文檔。ARMv8 架構(gòu)中有四個(gè)例外等級(jí) (來源：ARM 架構(gòu)參考手冊(cè)，D1-1404)：
1、例外等級(jí) 0 (EL0)，無需特權(quán)即可執(zhí)行；
2、例外等級(jí) 1 (EL1)，執(zhí)行 OS 以及任何執(zhí)行特權(quán)指令的內(nèi)容；
3、例外等級(jí) 2 (EL2)，允許硬件被虛擬化；以及
4、例外等級(jí) 3 (EL3)，允許在安全與非安全處理器狀態(tài)之間切換。