关于firmware的思考

     在电子系统和计算，firmware直译是固件，通常是控制各种电子设备相当小的程序或数据结构，从硬盘，键盘，TFT屏幕或记忆卡，到更复杂的消费电子设备，如手机，数码相机，合成器等，都包含firmware来实现设备的基本操作以及更高级别的功能。firmware和软件之间没有严格的界限，因为二者都是相当宽松的描述性词语。然而，软件可以无需更换硬件组件而进行升级，而固件通常是很基本的低级操作，没有firmware将完全无法实现功能。firware也是相对而言的，大多数嵌入式系统包含多个级别的firmware，如CPU，闪存芯片，通信控制器，液晶显示模块等等，有自己的firmware，可以认为是更高层firmware（整个嵌入式系统）的一部分。低级固件通常驻留在ROM（OTP / PROM），而更高层次的firmware通常采用快闪记忆体，以便更新。

     不同层次的firmware和嵌入式开发的驱动和os的关系很相似。驱动只是实现特定硬件的功能，而os侧包含所有的驱动。os相当于高层的firmware，同时还要实现进程的控制（不同的功能进行排序，开始或暂停某些功能）。根据这个结论也就不难理解为什么像Mondem等只需要实现简单功能的嵌入式只需要firmware就可以，Mondem功能单一，不需要进行功能的排序等复杂工作，只要简单的硬件的驱动程序就能完成功能。

   现在大家常用的PC开机首先加载的是BIOS，  BIOS是英文"Basic Input Output System"的缩略语，中文名称就是"基本输入输出系统"。它是一组固化到计算机内主板上一个ROM芯片上的程序，它保存着计算机最重要的基本输入输出的程序、系统设置信息、开机后自检程序和系统自启动程序。 其主要功能是为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制。通过定义可以知道，BIOS可抽象为一个高级的firmware,它包含了对底层硬件的控制，并为上层的软件提供服务。但是BIOS比firmware整合度更高，功能也能明确和细化，它储存专门的在BIOS芯片中的，而不像firmware只是在各个只是在各个硬件中存储。BIOS只有开机时才可以进行设置。CMOS主要用于存储BIOS设置程序所设置的参数与数据，而BIOS设置程序主要对计算机的基本输入输出系统进行管理和设置，使系统运行在最好状态下，使用BIOS设置程序还可以排除系统故障或者诊断系统问题。形象地说,BIOS应该是连接软件程序与硬件设备的一座"桥梁",负责解决硬件的即时要求。主板的BIOS芯片或许是主板上唯一贴有标签的芯片，一般它是一块32针的双列直插式的集成电路，上面印有"BIOS"字样。586以前的BIOS多为可重写EPROM芯片，上面的标签起着保护BIOS内容的作用(紫外线照射会使EPROM内容丢失)，不能随便撕下。586以后的ROM BIOS多采用EEPROM(电可擦写只读ROM)，通过跳线开关和系统配带的驱动程序盘，可以对EEPROM进行重写，方便地实现BIOS升级。 计算机用户在使用计算机的过程中，都会接触到BIOS，它在计算机系统中起着非常重要的作用。一块主板性能优越与否，很大程度上取决于主板上的BIOS管理功能是否先进。BIOS分为三个部分：  自检及初始化程序；

• 硬件中断处理；
• 程序服务请求；

（一）自检及初始化
　　这部分负责启动电脑，具体有三个部分，第一个部分是用于电脑刚接通电源时对硬件部分的检测，也叫做加电自检（Power On Self Test，简称POST），功能是检查电脑是否良好，通常完整的POST自检将包括对CPU，640K基本内存，1M以上的扩展内存，ROM，主板，CMOS存储器，串并口，显示卡，软硬盘子系统及键盘进行测试，一旦在自检中发现问题，系统将给出提示信息或鸣笛警告。自检中如发现有错误，将按两种情况处理：对于严重故障（致命性故障）则停机，此时由于各种初始化操作还没完成，不能给出任何提示或信号；对于非严重故障则给出提示或声音报警信号，等待用户处理。

    第二个部分是初始化，包括创建中断向量、设置寄存器、对一些外部设备进行初始化和检测等，其中很重要的一部分是BIOS设置，主要是对硬件设置的一些参数，当电脑启动时会读取这些参数，并和实际硬件设置进行比较，如果不符合，会影响系统的启动。

    最后一个部分是引导程序，功能是引导DOS或其他操作系统。BIOS先从软盘或硬盘的开始扇区读取引导记录，如果没有找到，则会在显示器上显示没有引导设备，如果找到引导记录会把电脑的控制权转给引导记录，由引导记录把操作系统装入电脑，在电脑启动成功后，BIOS的这部分任务就完成了（这一部分功能与Bootloader一样）。

（二）程序服务处理和硬件中断处理

    这两部分是两个独立的内容，但在使用上密切相关。程序服务处理程序主要是为应用程序和操作系统服务，这些服务主要与输入输出设备有关，例如读磁盘、文件输出到打印机等。为了完成这些操作，BIOS必须直接与计算机的I／O设备打交道，它通过端口发出命令，向各种外部设备传送数据以及从它们那儿接收数据，使程序能够脱离具体的硬件操作，而硬件中断处理则分别处理PC机硬件的需求，因此这两部分分别为软件和硬件服务，组合到一起，使计算机系统正常运行。

    BIOS的服务功能是通过调用中断服务程序来实现的，这些服务分为很多组，每组有一个专门的中断。例如视频服务，中断号为10H；屏幕打印，中断号为05H；磁盘及串行口服务，中断14H等。每一组又根据具体功能细分为不同的服务号。应用程序需要使用哪些外设、进行什么操作只需要在程序中用相应的指令说明即可，无需直接控制。

    CMOS是互补金属氧化物半导体的缩写。其本意是指制造大规模集成电路芯片用的一种技术或用这种技术制造出来的芯片。在这里通常是指电脑主板上的一块可读写的RAM芯片。它存储了电脑系统的实时钟信息和硬件配置信息等。系统在加电引导机器时，要读取CMOS信息，用来初始化机器各个部件的状态。它靠系统电源和后备电池来供电，系统掉电后其信息不会丢失。

    BIOS的功能明显要比firmware高级很多，它功能组织和功能实现上有更高的层次，BIOS主要是为了上层的操作系统提供服务，而firmware实现了对硬件的操作。