關於EFI的一點介紹[轉貼]

本文主要分為如下幾個部分：
1、 EFI Overview ：主要從整體上去描述一下什么是EFI。以及應用EFI對我們可能帶來的好處。
2、 Framework ： 從原理，架搆等幾個方面重點介紹了EFI規範的一種標准實現Intel Platform Innovation Framework for EFI（以下簡稱Framework）。
3、 Development Tools ：重點介紹了目前由AMI提供的開發工具Visual eBIOS。并簡單探討了Insyde公司的相關工具。 同時還介紹了American Arium公司提供的硬件仿真器以及調試軟件Source Point。
4、 EFI Development : Applications & Drivers ：詳細探討了EFI開發的一些細節問題。并分析了一個簡單的EFI Applications。同時還探討了EFI Drivers。
5、 EFI Shell ：探討了EFI Shell。

以上是主要的幾個討論方向，具體還會細分，詳見正文部分。

1、EFI Overview EFI綜述

1．1 Problems on legacy BIOS 傳統BIOS所面臨的難題
在仔細的探討EFI之前，我們先來回顧一下什么是BIOS。BIOS是英文Basic Input/Output System的縮寫，意為基本輸入輸出系統。從IBM於上世紀八十年代初推出了全世界第一台PC機開始，BIOS就成了個人計算機必備的系統軟件，用於管理基本的硬件，提供各種中斷調用，引導操作系統等等。可以看出，BIOS對於個人計算機來說，是非常重要的系統軟件，沒有BIOS的計算機是無法運行的。
傳統上的BIOS經過了長達20多年的時間，基本上沒有大的特別的改進，在操作系統已經完全32位化的今天，BIOS仍然停留在16位實模式時代。我們知道，在這個模式下，IA32架搆的CPU只能訪問1MB的基本內存，這就大大的***了程序員的創造性。同時，各種板卡上的BIOS在映射到系統內存中的時候，受到128Kbytes的大小***。這使得一台計算機不能安裝太多的板卡，否則他們的BIOS的容量將很容易突破128Kbytes，但是在一些服務器上，安裝很多板卡已經很常見。
同時由於BIOS一般選擇釆用匯編語言直接開發，使得開發入門難度很大。很多初級工程師甚至無法完成這樣的任務。并且各個公司之間的代碼不兼容，嚴重阻礙了其發展。

1．2 Intel’s solutions ：EFI Intel的解決方案：EFI
EFI是Intel為了解決上述的BIOS難題而推出一項新技術，旨在向業界提供一種在未來20年內仍然可以應用的BIOS架搆。EFI是Extensible Firmware Inte***ce的縮寫。中文意思是可擴展固件接口。由於目前習慣上叫做EFI，本文將繼續稱其為EFI而不是它的中文譯名。
正如它的名字一樣，EFI并不是一套軟件，而是一整套定義的很好的接口。它是一種規範，Intel目前已經正式發布了EFI Specification Revisions 1.10。任何人都可以按照EFI寫出自己的實現來。而Intel也為我們准備好了一個標准的實現：Intel Platform Innovation Framework for EFI（以下簡稱Framework）。更加值得一提的是，Framework在BSD協議的規範下，已經實現了開放源代碼，這為我們今後開發在EFI之上的應用提供了充分的技術保障。

1．3 Benefits of the EFI EFI的優點
EFI設計的充分原則就是屏蔽掉下層的硬件，事實上通過我們的分析，EFI已經很有操作系統的味道，EFI大概包括如下的幾個部分：
1） Pre-EFI基礎代碼
2） 針對特定晶片的Pre-EFI模塊
3） DXE基礎代碼
4） DXE驅動（Framework）
5） DXE驅動（硬件）
6） 兼容性支持模塊CSM（可選，只支持IA32）
EFI通過上述的這些組成部分，提供了以往BIOS可以提供的全部功能，并且做了大量的更新。同時在容量上也做的相當的完美，可以放入4MB的Flash中。而啟動速度和喚醒速度也符合HDG標准。
更加重要的是，EFI要求使用C語言作為開發語言，這樣一來，使得我們可以更加容易的加入到BIOS的開發中來，同時也容易實現模塊化與標准化。完全模塊化的一個好處就是那些ODM或者OEM們可以方便添加他們想要的功能到EFI上。對我們而言，好處也是不言自明的，如果我們決定開始基於EFI的項目，那么我們可以在EFI中添加屬於我們自己的模塊，更加方便我們的用戶的定制，甚至為用戶提供個性化服務提供了可能。

1．4 Supported OS 操作系統系統支持情況
目前正式宣布支持EFI的操作系統包括Microsoft Windows Longhorn以及部分Linux。目前Longhorn已經進入了Beta1測試階段，Intel也在一個DEMO中展示了用EFI來引導Longhorn的實際情況。同時展示的還有如何用EFI去引導RedHat Linux（需要借助一個第三方的開源軟件ELILO）。至於其他的操作系統如Windows XP等，則暫時還不能支持EFI，所以只得使用CSM來達到引導目的。

2、 Framework

2．1 Framework Overview 架搆綜述
簡單的說，Framework就是EFI的一種實現，由Intel完成。完全實現了EFI Specification Revisions 1.10中提及的各項功能。開發者可以基於Framework，開發出各種EFI應用來。同時也可以為Framework新增新的功能。

2．2 Benefits of using the Framework 使用Framework的好處
最大的好處可以大大減輕我們的勞動量，我們只把注意力集中到最需要注意的地方上去，既然已經有了EFI的實現，并且是開源的實現，那么自然不需要我們再次實現一次。此外，Framework的其他一些好處還包括：
(1)跨平台Cross platform 目前Framework可以支持Intel IA32/64，XScale等硬件平台。同時我們注意到，Framework并不排斥其他平台，他擁有極高的可移植特性。
(2)模塊化設計Model Design Framework的所有特性都在驅動程序之中實現。而Framework本身則提供了高效的管理這些驅動程序的方法。比方說，你可以load一個驅動，而不需要重新啟動計算機；當你想更新已經load過的驅動，你只需簡單將它unload，然後再load新的驅動就可以了。對我們開發者而言，可以通過編寫我們自己的驅動，來為Framework提供我們自己需要的功能。
3） 快速的啟動時間Fast Startup Time 正如EFI要求的那樣，Framework的啟動時間非常迅速，在這一點上，它一點也不比那些傳統的BIOS落後。
此外，由於Framework是EFI的實現，所有EFI的優點應該說Framework也都具備。

2．3 The life cycle of the Framework Framework的生命周期
Framework的執行，是按照如下的順序來的:
(1)SEC ：Security。這個是系統上電後立即進入的一個階段，在這一階段，Intel并沒有做太多的說明，相反，他們說這個階段可以由大家按照自己的需要利用。也就是說，我們可以安排我們自己想要的任何代碼在這個階段，比如一些身份驗證之類的，總之，SEC可以說給開發者帶來了充分的可定***務。
(2)Pre-EFI ：正如它的名字一般，這個是在真正的EFI環境之前進入的一個狀態，這個狀態相當重要，以至於Intel花了很多時間來向我們闡述。根據目前的信息，這個階段大概會做很多初始化的工作，會初始化CPU，初始化主板上的一些控制器以及晶片組，更加重要的是，再這個階段內，會使用一種技巧，來迅速的建立起C 代碼的執行環境，也就是說，會建立一個堆棧。這樣，以後機器就可以運行那些由C語言編寫的軟件了。最後PEI內核會按照一種方法來加載所有的PEIM（ Pre-EFI Module ）。PEIM是一種可以運行在這個階段的一種模塊化的程序，任何人都可以開發自己的PEIM，加載的工作由PEIM Dispatcher完成。全部加載之後，PEI會調用DXE Main并將系統控制權交給下一個階段DXE。
(3)DXE ：Driver Execution Environment。這應該說是最激動人心的階段，在這個階段，EFI真正的提供了一個類似OS一樣的東西。在上一個階段PEI，系統已經建立了C代碼執行的環境，那么從這個階段開始，所有的東西，都是用高級語言完成了。進入DXE後，會首先調用各種驅動，比如Video Driver，NIC Driver，Soundcards Driver，USB Driver，PCI Controller Driver等等。完成之後，就開始進行BOOT。而這就是下一個階段了。
(4)BDS ：Boot Device Select。在這里，應該會有一個選擇，是進入OS呢？還是去執行那些EFI Applications ？選擇完成之後，就進入下一個階段了。
(5)TSL ：Transient System Load。這個階段會按照在BDS階段選擇的結果來做不同的事情，如果選擇了進入OS，那么控制權會被傳遞給Final OS Loader。而如果是要去運行EFI Applications，那么控制權交給Transient OS Boot Loader，這樣就會建立起一個執行環境，之後就可以執行那些EFI Applications了。目前，應該會執行一個叫EFI Shell的程序。而傳統的BIOS Setup也被寫成一個EFI Applications。
(6)RT ：Run Time。這個階段就是OS運行的階段。
(7)AL ：After Life。這個是OS運行之後的階段，比如關機之類的。但OS崩潰之後也屬於這個階段，也就是說，在系統萬一崩潰之後，如果使用EFI，那么還是可以做許多事情的。
以上就是Framework的執行周期。我們可以看到，Framework除了做很多傳統BIOS的工作之外，還完成了很多其他的工作。比如建立起高級語言執行環境，調用設備驅動等等。最值得注意的是，甚至還有一個執行特定應用程序的機會。

3、Development Tools 開發工具
3．1 Overview 綜述
目前到底使用什么開發工具還不是很明晰。在這次Training上，為了給大家演示，使用的是Microsoft Visual Studio.NET 2003。不過那編譯的是一個Emulator程序，用來模擬真實的EFI環境，況且由於EFI是系統軟件，不太可能直接使用類似VS.NET這樣的高級開發工具。
後來在EFI Driver Development這門課程上，一位HP的工程師認為只要是C Compiler，理論上都可以開發。但是如果要編譯成EBC（ EFI Byte Code ）代碼的話，那么還得向Intel購買相應的編譯器。(我看了下價格，一個許可證是900多美金！靠！）將代碼編譯成EBC代碼的好處就是，不同的硬件架搆可以共同使用同一套最終的二進制代碼。比如，如果一個設備的Option ROM內的程序是編譯成EBC的話，那么該設備就可以不做任何的修改就可以直接支持IA32/64。而事實上，我們知道，目前Intel的64位安騰處理器與32位的Pentium4處理器在指令集上是不兼容的。那么這又是為什么呢？因為Intel在Framework內，提供了一個叫做EBC Virtual Machine Driver的Protocols。正是靠它，才實現了這樣一個功能。
不過一些第三方廠商到是展示了不少很不錯的開發工具。主要有AMI的開發工具Visual eBIOS，Insyde公司的調式工具H2ODDT，以及American Arium的硬件調式工具以及配套的軟件SourcePoint。

3．2 AMI Visual eBIOS
VEB是一款非常出色的開發工具，由著名的BIOS Venders AMI提供。他為EFI提供了大量的Value Add的工具，AMI認為，Intel的EFI僅僅只是一個骨架（Skeleton）。而他們的VEB則為其穿上了衣服，并為不同的應用目的而做了大量的個性化開發。

3．3 Insyde H2ODDT
由於Insyde公司之前很少進入中國市場，所以我們對其產品了解不深，這款軟件從介紹上看，似乎是專門用於調式Framework的。其余的詳細細節還有待繼續研討。

3．4 American Arium
American Arium是老牌的硬件調式器供應商，他們這次帶來了ECM-50與ECM-XDP。之間的差別似乎僅僅是ECM-XDP只支持那些使用XDP接口的處理器。而ECM-50則支持ITP與XDP接口。同時還演示了配套的軟件SourcePoint。從展示來看，這似乎是目前最好的調式工具，可以直接從硬件上去調式，完全跟蹤。并且支持C Source level的調試。不過根據我們猜測，這套調試工具的價格一定不菲。

4、 EFI Development : Applications & Drivers
EFI 開發 ：應用程序與驅動程序

使用EFI的一個很大的好處就是有EFI Application和EFI Drivers。我下來會分別給予討論，事實上，Intel自己也認為，App和Driver在本質沒什么不同。都是一段程序，只是他們的側重點有所不同而已。App需要和用戶交互，而Driver則主要提供某種服務。

4．1 EFI Applications EFI應用程序

4．1．1 Module of the EFI Applications EFI應用程序的類型
目前有好幾種編寫EFI Applications的方法，分別是基於EFI的，基於EFI Library的，基於C Library以及基於C Standard library的。根據Intel的說法，編譯出來的應用程序的體積是一個比一個大，所以，如果想獲得最小的體積，那么就應該使用基於EFI的方法，這也是Intel所推荐的。

4．1．2 A EFI Applications based on EFI 一個基於EFI的簡單應用
最簡單的方法就是親自來看一個EFI App，下面我們就展示一個最簡單的EFI App。

#include <>

EFI_STATUS
InitializeDemoApp(
IN EFI_HANDLE ImageHandle,
IN EFI_SYSTEM_TABLE *SystemTable
)
{
SystemTable->ConOut->OutputString(SystemTable->ConOut, L“DEMO Application” ) ;
return EFI_SUCCESS ;
}

這個程序的工作很簡單，就是打印一個字串到終端設備上。類似於我們常見的HelloWorld。從這個程序中，我們可以看出幾點：
(1)所有基於EFI的應用成都必須包含頭文件efi.h
(2)主函數必須被申明成EFI_STATUS
(3)必須在參數前加IN或者OUT或者OPTIONAL來說明參數的類型。這些修飾符是Intel在efidef.h中定義的。目前是空的，不過為了未來的兼容性，所以還是加上的好。
可以看出，單單就入門而言，由於是使用C語言開發，所以入門門檻很低，大多數的工程師都很輕松的加入到開發隊伍中來。至於其他的編程模型，與上述的基於EFI的方法大同小異，只是所使用的庫不同，在此就不在重復了。

4．2 EFI Drivers EFI驅動程序
現在簡單的介紹一下EFI Drivers，事實上驅動程序與一般的應用沒什么區別，只不過驅動不能直接執行，而是在EFI的調度下在後台執行，同時驅動可以接觸硬件。當然也有不接觸硬件的驅動，那叫Service Driver，是用來提供某種服務的，比如EFI EBC Virtual Machine就是一種Service Driver。EFI本身提供了很強大并且的高效的管理這些驅動的方法，當需要一個驅動的時候，我們可以load它，而當有了新版本或者該驅動所管理的硬件已經不在需要的時候，我們可以很方便的unload它。Intel已經提供了一個工具，叫DWW，用他可以很方便的生成基於EFI的驅動程序模型。

5， EFI Shell

5．1 EFI Shell Overview EFI Shell綜述
什么是EFI Shell？首先它是一個基於EFI的應用程序，其次它非常類似我們在Windows中遇到的cmd或者在Linux中的shell。事實上，這就是一個操作環境，一個外殼程序，它負責接收用戶的輸入，將用戶的輸入解釋并告訴內核執行，同時將執行結果顯示出來。它完成和用戶的交互功能。所以，EFI Shell是非常重要的應用程序。

5．2 A EFI Shell Commands EFI Shell命令
EFI Shell使用字符界面和用戶交互，這里列出一些可能用到的命令以便參考。
( 1)pci ： 顯示PCI設備或者PCI配置信息
( 2)mm ：顯示或者修改內存，I/O以及PCI資源。
( 3)mem ：顯示系統內存或者設備內存的情況。
( 4)memmap ：顯示由EFI Environment創建的Memory Map。
( 5)drivers ：按照EFI Driver 的類型來逐一顯示所有的已經安裝的驅動程序。
( 6)devices ：顯示所有已經被EFI Driver控制的設備。
( 7)devtree ：按照EFI Driver的類型來顯示設備樹。
( 8)dh ：顯示在EFI Environment中的所有的Handles。
( 9)connect ：將一個Driver綁定到一個設備并啟動設備。
(10)load ：將一個Driver讀入內存。
(11)unload ：將一個Driver從內存中卸載。
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