Ausnahmelevels

Ausnahmelevels, im Englischen als exception levels bezeichnet, sind privilegierte Ausführungsebenen in der ARM-Architektur. Sie wurden mit ARMv8-A eingeführt, um eine klare Hierarchie von Sicherheits- und Privilegienzuständen zu definieren und die Trennung von sicherem und unsicherem Code zu ermöglichen. Die übliche Einteilung umfasst drei bis vier Ebenen: EL0 bis EL3. EL0 ist die unprivilegierte Ebene, auf der Anwendungsprogramme laufen. EL1 wird von Betriebssystemkernen genutzt. EL2 dient als Hypervisor-Ebene für Virtualisierung, während EL3 als sicherer Monitor agiert, der den sicheren Zustand des Systems verwaltet (z. B. Trusted Boot, Schlüsselspeicher).

Die Ebenen bilden eine Hierarchie: Höhere Ebenen besitzen mehr Privilegien und können auf Ressourcen zugreifen, auf die niedrigere Ebenen keinen Zugriff haben. Der Wechsel zwischen den Ebenen erfolgt durch Exceptions, etwa bei Systemaufrufen, Interrupts oder Sicherheitsereignissen. Der aktuelle Ausnahmelevel wird im Prozessorstatusregister (PSTATE) festgehalten; zusätzlich unterscheidet ein NS-Bit zwischen Secure- und Non-Secure-State sowie die Möglichkeit, EL2 und EL3 in sichere oder unsichere Welten zu betreiben.

In der Praxis laufen moderne Betriebssysteme typischerweise in EL1, Anwendungen in EL0; Hypervisoren nutzen EL2, und EL3 wird für Sicherheitsfunktionen wie Secure Boot oder den Secure Monitor verwendet. Nicht alle Systeme implementieren EL2 oder EL3; die Hypervisor- bzw. Secure-Welt-Funktionalität kann optional sein.

Ausnahmelevels sind zentral für Sicherheit und Virtualisierung in ARM-basierten Geräten wie Smartphones, Servern und eingebetteten Systemen. Verweise: ARMv8-A, TrustZone, Hypervisor, ARM-Architektur.