UEFI启动阶段DXE-BDS-TSL-RT-AL以及总结_2020-05-13

1. DXE（Driver Execution Environment，执行驱动配置环境）阶段

   DXE阶段执行系统大部分的初始化工作。由于此阶段内存已经可以被正常使用，因此该阶段可以执行大量复杂的工作。从程序设计角度DXE阶段与PEI阶段相似。

   • DXE阶段的功能：

     • 执行系统大部分的初始化工作
     • 提供系统表、启动服务以及Run Time Services。

   • DXE划分：

     • DXE内核：负责DXE的基础服务和执行流程
     • DXE派遣器：负责调度执行DXE驱动，初始化系统设备。

   • DXE执行流程：

     1. 从DXE入口进入DXE阶段。

     2. 根据HOB列表初始化系统服务。

     3. 调度系统中的Driver。

        详：遍历固件中所有的Driver，当Driver所依赖的资源得到满足时，调度Driver到执行队列执行，直到所有满足条件的Driver都被执行。

     4. 打开EFI_BDS_ARCH_PROTOCOL。

     5. EFI_BDS_ARCH_PROTOCOL->Entry。

     DXE驱动之间通过Protocol通信。Protocol是一种特殊的结构体，每个Protocol都有一个GUID，通过系统BootServices的OpenProtocol，可以根据GUID调用对应的Protocol，从而使用这个Protocol提供的服务。

     在所有的Driver都执行完成后，系统完成初始化，DEX通过EFI_BDS_ARCH_PROTOCOL找到BDS并屌用BDS的入口函数，从而进入BDS阶段（从本质上讲BDS是一种贴无数的DXE）。

     DXE的执行流程如下图所示：

     

2. BDS（Boot Device Selection，选择boot设备）阶段

   • BDS阶段的功能有：

     • 执行启动策略（主要功能）。
     • 初始化控制台设备。
     • 加载必要的设备驱动。
     • 根据系统设置加载和执行启动项。

     当加载项其启动失败时，系统将重新执行DXE dispatcher以加载更多的驱动，然后重新尝试加载驱动项。BDS策略通过全局NVRAM变量配置，这些变量可以被运行时服务的GetVariable()读取，通过SetVariable()设置（如BootOrder定义了启动顺序，Boot####对应不同的启动项，#为十六进制数）。当用户选中某个启动项（或进入系统默认启动项）后，OS Loader启动，系统进入TSL阶段。

3. TSL（Transient System Load）阶段

   TSL阶段是OS Loader（操作系统加载器）执行的第一阶段，这一阶段的OS Loader作为一个UEFI应用程序运行，系统资源有UEFI内核控制。但是当ExitBootServices()服务被调用后，系统将进入Run Time阶段。

   TSL阶段被称为临时系统的原因在于，其存在的目的就是为操作系统加载器准备执行环境。虽然是临时系统，但已经具备操作系统的雏形，UEFI Shell是这个临时系统的人机交互界面。正常运行中，系统不会进入UEFI Shell，而是直接执行OS Loader，只有在用户干预或是操作系统加载器出现严重问题时才会进入UEFI Shell。

4. RT（Run Time，运行）阶段

   系统进入RT阶段后系统控制权从UEFI内核转交至OS Loader，UEFI占用的各种资源被OS Loader接管。随着OS Loader的继续执行，操作系统将完全取得对电脑的控制权。

5. AL（After Life）阶段

   在RT阶段如果系统（硬件或是软件）遇到灾难性错误，系统固件需要提供错误处理以及灾难恢复机制，这种机制运行在AL阶段。UEFI和UEFI PI均未对AL阶段的行为和规范进行定义。

总结

与BIOS相比，UEFI具有更好的可编程性（PPI、Protocol）、更高的安全性（SEC）、更强的可扩展性，并且其设计相比BIOS能更好的适应64位平台，这使得UEFI能迅速的取代BIOS。

UEFI定义了操作系统和平台间的接口。UEFI接口可以分为以下两个部分：

1. 启动服务：启动时服务的主要对象是操作系统（OS）、操作系统加载器（OS Loader）以及其他UEFI应用程序和UEFI驱动。操作系统加载器（OS Loader）通过启动服务逐步取得对整个计算机资源的控制。当加载器完全控制计算机软硬件资源后，系统会结束启动服务，进入运行时服务。启动服务主要包括有：时间服务、内存管理、Protocol管理、Protocol使用类服务、驱动管理、Image管理及ExitBootServices服务。
2. 运行时服务：运行时服务主要的服务对象是操作系统、操作系统加载器以及UEFI应用和UEFI驱动。运行时服务主要包括：时间服务、读写UEFI系统变量服务、虚拟内存服务以及重启系统服务。