1.UEFI概述（一）

从我们按下开机键到进入到操作系统之前的系统初始化动作，即是BIOS run的过程。如今操作系统已经从枯燥的文本时代演化到丰富多彩的图形界面，而BIOS却一直延续着枯燥的过程，BIOS设置也一直是单调的蓝底白字格式。BIOS的坚持出于两个原因：1??  外因是BIOS基本能够满足市场需求；2??  内因是BIOS的设计使得BIOS的升级和扩增变得非常困难。

随着64位CPU逐渐取代32位CPU，BIOS越来越不能满足市场需求，这使得UEFI作为BIOS的替代者应运而生。

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BIOS全称“基本输入输出系统”（Basic Input/Output System），它是存储子主板ROM里的一组代码。BIOS程序运行在实模式下，是模式下最大的寻址范围是1MB，0xC0000~0xFFFFF保留给BIOS使用。开机后，CPU跳转到0xFFFF0处执行，一般这里是一条跳转指令，跳转到真正的BIOS入口处执行。BIOS POST阶段执行完后，BIOS会将控制权交给引导程序，最终引导进入操作系统。

1.BIOS缺点：

①开发效率低：大部分BIOS代码使用汇编开发，开发效率低；汇编开发的另一个缺点是使得代码与设备的耦合程度太高，代码受硬件变化的影响大；

②性能差：BIOS基本输入输出服务需要通过中断来完成，开销大，并且BIOS没有提供异步工作模式，大量时间消耗在等待时间上；

③功能扩展性差，升级缓慢：BIOS代码采用静态链接，增加硬件功能时，必须将16位代码放置在0xC0000~0xDFFFF区间，初始化时将其设置为约定的中断处理程序。而且BIOS没有提供动态加载设备驱动的方案；

④安全性差：BIOS运行过程中对可执行代码没有安全方面的考虑；

⑤不支持从硬盘2TB以上的地址引导：受限于BIOS硬盘的寻址方式，BIOS硬盘采用32位地址，因而引导扇区的最大逻辑块地址是2的32次方（2TB）。

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UEFI全称“统一可扩展固件接口”（Unified Extensible Firmware Interface），定义了操作系统和平台固件之间的接口，它是UEFI Forum发布的一种标准。它是一种标准，没有提供实现。其实现由其他公司或开源组织提供。如Intel公司提供的开源UEFI实现TianoCore和Phoenix公司提供的SecureCore Tiano。

UEFI发端于20世纪90年代中期的安腾处理器。相对于当时流行的IA32（Intel Architecture 32）系统，安腾是一种全新的64位系统，BIOS的限制对于这种64位系统变得不可接受。1998年Intel发起了Intel Boot Initiate项目，后来更名为EFI。2005年，Intel联手微软、AMD、联想等11家公司成立了Unified EFI Forum，负责制定统一的EFI标准。第一个UEFI标准--UEFI2.0在2006年发布。

UEFI提供给系统的的接口包括启动服务（Boot Services）和运行时服务（Runtime Services）。

1.Boot Sevices：

从操作系统加载器（OS Loader）被加载到OS Loader执行ExitBootServices（）的这段时间，是从UEFI环境向操作系统过渡的过程。这个过程被称为TSL（Transient System Load）。

在TSL阶段，系统资源通过Boot Service管理，Boot Service提供如下服务：

--事件服务：事件是异步操作的基础，有了事件的支持，才可以在UEFI系统内执行并发操作；

--内存管理：主要提供内存的分配与释放，管理系统内存映射；

--Protocol管理：安装与卸载Protocol的服务，以及注册Protocol通知函数的服务；

--Protocol使用类管理：Protocol的打开关闭，查找支持Protocol的控制器；例如要读写某个PCI设备的寄存器，可以通过OpenProtocol服务打开这个设备上的PciIoProtocol，用PciIo->Io.Read（）服务可以读取这个设备上的寄存器；

--驱动管理：包括将驱动安装到控制器的connect服务，以及将驱动从控制器上卸载的disconnect服务。例如启动时，我们需要网络支持，则可以通过LoadImage将驱动加载到内存，然后通过connect服务将驱动安装到设备；

--Image管理：包括加载、卸载、启动和退出UEFI应用程序或驱动。

--ExitBootServices服务：用以结束启动服务；

2.Runtime Service：

--时间服务：读取设定时间，读取设定系统从睡眠中唤醒的时间；

--读写UEFI系统变量：读取设置系统变量，例如BootOrder用于指定启动顺序，通过这些系统变量可以保存系统配置；

--虚拟内存服务：将物理地址转换为虚拟地址；

--其他服务：包括启动系统的ResetSystem；

3.UEFI优点：

--开发效率高：BIOS开发一般采用汇编语言，代码多是硬件相关。而在UEFI中，绝大部分代码采用C语言编写，UEFI应用程序和驱动甚至可以用C++编写。UEFI通过固件-操作系统接口（BS、RT）为OS和OS加载器屏蔽了底层硬件细节，使得UEFI上层应用可以方便重用；

--可扩展：UEFI可扩展性体现在两个方面：一是驱动的模块化设计；二是软硬件升级的兼容性。大部分硬件的初始化通过UEFI驱动实现，每个驱动是一个独立模块，可以包含在固件中，也可以放在设备上，运行时根据需要动态加载；UEFI中每个表、每个Protocol都有版本号，这使得系统的平滑升级变得简单；

--UEFI系统性能：相比Legacy BIOS，系统有了很大提升，从启动到进入操作系统的时间大大缩短。性能提高源于：一、UEFI提供了一步操作，提高了CPU的利用率，减少了总的等待时间；二、UEFI舍弃了中端这种比较耗时的操作系统外部设备的方式，仅仅保留了时钟中断，外部设备的操作采用“时间+异步操作”完成；三、可伸缩的遍历设备的方式，启动时可以仅仅遍历启动所需要的设备，从而加速系统启动；四、系统安全性提高，这是UEFI的一个重要突破。当系统的安全启动设置被打开后，UEFI在执行应用程序和驱动前会先检测程序和驱动的安全证书，仅当安全证书被信任时才会执行这个应用程序或驱动。UEFI应用程序和驱动采用PE/COFF格式，其签名放在签名块中。

4.UEFI启动过程：

UEFI系统启动遵循UEFI平台初始化标准，分为7个阶段：SEC（Security，安全验证)--PEI(Pre-EFI Initialization，EFI前期初始化)--DXE（Driver Execution Environment，驱动执行环境）--BDS（Boot Device Select，启动设备选择）--TSL（Transient System Load，操作系统加载前期）--RT（Runtime，运行时）--AL（系统灾难恢复期）。

前三个阶段是UEFI初始化阶段，DXE阶段结束后，UEFI环境已经准备好。BDS和TSL是操作系统加载器作为UEFI应用程序运行阶段，操作系统调用ExitBootServices（）服务后进入RT阶段。

其中我们关注的位SEC、PEI、DXE、BDS四个阶段。

作者：NickHe
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來源：简书
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