UEFI-入门讲解


  今天是2022年8月14日,从事UEFI工作已经一年有余,今天开始会进行部分UEFI问题的总结

  UEFI可以看作是BIOS的一个插件,也可以看作BIOS支持的一种类别。本文简单介绍一下UEFI的基本知识。

1. UEFI系统的组成

  UEFI提供给操作系统的接口包括启动服务(Boot Service,BS)、运行时服务(Runing service,RT)以及丰富的接口,详细的组成,可以参考下面的接口图例:

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 2. UFEI的启动阶段

  UEFI系统的启动遵循UEFI平台初始化的标准,UEFI系统从上电到关机分为7个部分

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(1)DXE与BDS阶段

  OptionRom驱动实在DXE阶段进行的加载,并拷贝到内存中,但是OptionRom中的程序,具体会在BDS阶段才会运行起来。

(2)TSL阶段

  TSL是操作系统加载器(OS Loader)执行的第一阶段,在这个阶段OS Loader作为一个UEFI的应用程序在与逆行ExitBootService()服务被调用后,系统进入到Run time阶段。

  这里补充一下,UEFI环境下会涉及卡下系统的引导,之前对于如何调用grub程序,已经grub程序,是如何运行的,一直不太理解。实际就是上个图中的“操作系统加载器”。在接下来的几个篇幅中,会进行系统加载的分析

(3)RT阶段

  系统进入到RT(Run Time)阶段后,系统的控制权从UEFI内核转交到OS Loader手中,UEFI占用的各种资源被回收到OS Loader手中,这也是为什么grub程序会调用UEFI中驱动的原因

(4)AL阶段

  在RT阶段,如果系统(硬件或者软件)遇到灾难性错误,系统固件需要提供错误处理和灾难恢复机制,这种机制运行在AL(After Life)阶段,但是这个阶段的服务在spec中是没有被定义的。

3. 应用程序如何被编译为.efi文件的?

  .c文件首先被编译为.obj目标文件

  链接器将目标文件和其他库文件链接成为.dll文件

  GenFw工具将.dll文件转换成为.efi文件

4. .efi文件是如何被加载到内存的?

  在shell中执行.efi文件的时候,shell会首先调用gBS->LoadImage()将.efi文件加载到内存中生成Image对象;然后调用gBS->StartImgae(image)驱动这个Image对象。

  StartImage的主要作用就是找出可执行程序映像Image的入口函数,并执行找到的入口函数。

  gBS->StartImage的核心是Image->EntryPoint(…),它是程序的入口函数,对应程序来说,就是_ModuleEntryPoint函数,进入_ModuleEntryPoint后,控制权才转交给应用程序。

5. UEFI的各种文件

  对于Linux系统下面是用Makefile生成elf文件已经bin文件,UEFI文件的编译,主要使用build以及GenFW命令。

  build命令用于编译包,它需要一个.dsc文件,一个.dec文件以及多个.inf文件;

  GenFw命令用于制作固件或者OptionRom Image,它需要一个.dec文件以及一个.fdf文件,整体文件的编译过程如下所示:

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  dsc文件的构成有着它自己的规则,它的存在类似于VS中的package管控,在我的理解下它类似于一个大的Linux工程下面要运行的一个脚本文件,管控了整个工程的编译方式,也可以把它理解为Linux工程下顶层目录下面的Makefile,它的参数可以向下面传递,可以将定义的参数以及全局变量传递给下层的.inf文件。

  dec文件主要定义了公开的数据结构和接口,提供给其他的模块来使用。它里面定义了很多的全局性变量,可以提供给整个Package使用,类似于Linux下面链接器脚本定义的全局变量,不同的连接器脚本中定义的变量可以进行赋值,dec基本作用就是定义变量的值,该变量是否被使用还要看程序中是否有声明。

  .fdf文件,只有在使用GenFW命令生成optionRom的时候,才会用到。它与linux下面的链接器脚本.lds文件的功能,有类似的地方。

  一套UEFI源码,只有一个fdf文件,它规定把那些包编入到flash中,也可以指定编入flash的什么位置,并且会为这个Package分配唯一的一个guid,方便代码的调用

   接下会专门抽出一个章节来分析这个问题。

6. OptionRom的组成

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正常OptionRom会有ROM Header、PCI Data Structure和Imgae三个部分组成。接下来也会单独分析这个问题。

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