arm64 新增 idle=nop，處理 M4 上 WFI 遺失暫存器
Yureka Lilian 個人部落格 · 2026-10-02
Linux arm64 現在可以用開機參數 idle=nop 把 idle loop 裡的 WFI 整個拿掉，取代過去「沒有補丁就只能在 M4 上單核開機」的狀況。這組補丁由 Yureka Lilian 提交，Will Deacon 擔任 committer，目的是讓 Apple M4 Mac mini 能帶著所有核心開到 shell。
原本的問題
Apple 自家 CPU 對 WFI（Wait For Interrupt）有已知怪癖：依 XNU 原始碼中 ARM64_REG_CYC_OVRD_ok2pwrdn_force_mask 這個 chicken bit 的狀態，執行 WFI 會把暫存器 x0-x31 清成零。XNU 的做法是進 WFI 前把暫存器存到 stack，醒來再還原。
M1 到 M3 上，m1n1 會先關掉這個行為，Asahi 核心之後才為了更深的睡眠狀態重新打開。作者的觀察是，M4 上這個 chicken bit 不是被鎖住就是被移除，預設行為違反 Arm 規格：「WFI 若能完成，就不得造成架構狀態遺失」。
結果是 Linux 一進 idle 就崩潰。作者在 2026 年 4 月的繞法，是把核心裡所有 WFI 與 WFIT（帶 timeout 的版本）換成 NOP，才讓全部核心起來。
為什麼不走 errata 框架
正常情況下，指令行為異常會當成 erratum，用 alternatives 框架在開機時 patch。但 Apple 的情形無法可靠判斷該不該 patch：macOS 之下跑的 Linux VM 與實機有相同的 MIDR，開啟巢狀虛擬化時甚至看起來像跑在 EL2，但 VM 內的 WFI 會被 hypervisor 攔截並正確處理，應該繼續使用。
因此 Will Deacon 建議改成：核心提供參數，由 m1n1 在確認是實機且 WFI 會丟狀態時，才加上開機參數。
核心改動
| 項目 | 內容 |
|---|---|
d97afae6f16a | 新增 idle=<wfi|yield|nop>，commit 時間 2026-08-06 |
baaa9b126b87 | 新增 arm64.nowfxt，把 ID_AA64ISAR2_EL1 的 WFxT 欄位清零，commit 時間 2026-09-18 |
| m1n1 PR #672 | 偵測到 WFI/WFIT 會丟狀態時，由 kboot 加上對應開機參數 |
第一個補丁的 idle= 三個值各有分工：wfi 是預設，yield 改用 YIELD 提示指令，nop 則在 idle loop 完全不執行任何 idle 指令。文件說明 nop 適合 WFI 行為異常的平台，代價是 CPU 不會進低功耗狀態，耗電較高。
idle=nop # 不執行 WFI，繞過狀態遺失
arm64.nowfxt # 停用 WFxT（含 WFIT）影響範圍
直接受益的是想在 M4 系列實機上跑 mainline Linux 的人。作者表示同樣的 WFI 繞法在 M4 Pro、M4 Max 與 M5 上也有效。要用到修正，需要同時有包含上述兩個 commit 的核心，以及合入 PR #672 的 m1n1。
對一般 arm64 使用者，這兩個參數也可以拿來除錯：idle= 的說明提到可用於覆寫 idle 機制做除錯與效能測試，arm64.nowfxt 的 commit message 則說明它有助於排查其他行為古怪的 WFxT 實作。
目前的代價要看清楚：idle=nop 讓核心無法進入睡眠狀態。作者說之後會另外加機制讓 Linux 讓核心睡眠，短期可用下游的 cpuidle-apple 驅動，長期期待 Sven 的 PSCI EFI conduit 工作；這部分上游尚未完成。
其餘開機障礙
文章還記錄了幾個較小的障礙：M4 上 GXF 在 raw boot mode 被鎖，m1n1 要略過初始化；RVBAR 已含正確值，寫入反而崩潰；缺少 smp_start_offset 時 m1n1 不會啟動 secondary cores。此外 SYS_IMP_APL_VM_TMR_FIQ_ENA_EL2 的寫入曾造成崩潰，作者表示新版 iBoot 已解鎖，不再需要註解掉。
找到 WFI 之前，作者先用最原始的方式除錯：把 m1n1 的 debug_putc 組語放進核心極早期的開機碼，印出單一字元來二分搜尋崩潰位置。第一個卡點是 MMU 啟用後，UART 的 MMIO 位址沒有 1:1 對應，補上對應後才印得更遠；之後定位到中斷控制器初始化，再往後才輪到 secondary cores 與 WFI。這段過程也解釋了為何 stdout-path = "serial0" 缺失時，earlycon 完全沒有輸出。