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：

 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

 

（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：

　　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

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。