UEFI原理与编程 (戴正华)

BIOS已经逐渐成为历史，UEFI已经开始全面取代BIOS。

UEFI全称统一可扩展固件接口，是UEFI  论坛发布的一种操作系统和平台固件之间的标准。它之所以能迅速取代BIOS，源于硬件平台的发展以及UEFI相对于BIOS的巨大优势。UEFI可编程性好，可扩展性好，性能高，安全性高。

《UEFI原理与编程》以实战为导向，面向UEFI的使用者和开发者，首先细致地介绍了UEFI的系统组成、启动过程、优点，以及各种系统中的开发环境搭建；然后深入剖析了UEFI的工作原理，包括UEFI工程模块、各种协议、基础服务、事件、硬盘和文件系统等内容；最后讲解了UEFI的开发，涉及UEFI服务的开发、UEFI驱动的开发、多任务应用的开发、网络应用的开发、GUI应用的开发，以及如何用C++和C标准库开发UEFI应用，等等。

序

前　言

第1章　UEFI概述  1

1.1　BIOS的前世今生  1

1.1.1　BIOS在计算机系统中的作用  1

1.1.2　BIOS缺点  2

1.2　初识UEFI  2

1.2.1　UEFI系统组成  3

1.2.2　UEFI的优点  4

1.2.3　UEFI系统的启动过程  5

1.3　本章小结  12

第2章　UEFI  开发环境搭建  14

2.1　配置Windows开发环境  14

2.1.1　安装所需开发工具  15

2.1.2　配置EDK2开发环境  15

2.1.3　编译UEFI模拟器和UEFI工程  17

2.1.4　运行模拟器  19

2.2　配置Linux  开发环境  21

2.2.1　安装所需开发工具  22

2.2.2　配置EDK2开发环境  22

2.2.3　编译UEFI模拟器和UEFI工程  23

2.2.4　运行模拟器  24

2.3　OVMF的制作和使用  25

2.4　UEFI的启动  27

2.5　本章小结  28

第3章　UEFI工程模块文件  29

3.1　标准应用程序工程模块  30

3.1.1　入口函数  30

3.1.2　工程文件  31

3.1.3　编译和运行  37

3.1.4　标准应用程序的加载过程  37

3.2　其他类型工程模块  43

3.2.1　Shell应用程序工程模块  43

3.2.2　使用main函数的应用程序工程模块  46

3.2.3　库模块  47

3.2.4　UEFI驱动模块  49

3.2.5　模块工程文件小结  50

3.3　包及.dsc、.dec、.fdf文件  51

3.3.1　.dsc文件  51

3.3.2　.dec文件  56

3.4　调试UEFI  59

3.5　本章小结  61

第4章　UEFI中的Protocol  62

4.1　Protocol  在UEFI内核中的表示  64

4.2　如何使用Protocol服务  65

4.2.1　OpenProtocol服务  66

4.2.2　HandleProtocol服务  67

4.2.3　LocateProtocol服务  69

4.2.4　LocateHandleBuffer服务  69

4.2.5　其他一些使用Protocol的服务  71

4.2.6　CloseProtocol服务  72

4.3　Protocol服务示例  73

4.4　本章小结  75

第5章　UEFI的基础服务  76

5.1　系统表  76

5.1.1　系统表的构成  77

5.1.2　使用系统表  79

5.2　启动服务  82

5.2.1　启动服务的构成  82

5.2.2　启动服务的生存期  91

5.3　运行时服务  93

5.4　本章小结  102

第6章　事件  103

6.1　事件函数  104

6.1.1　等待事件的服务WaitForEvent  105

6.1.2　生成事件的服务CreateEvent  106

6.1.3　CreateEventEx服务  110

6.1.4　事件相关的其他函数  112

6.2　定时器事件  113

6.3　任务优先级  114

6.3.1　提升和恢复任务优先级  115

6.3.2　UEFI中的时钟中断  116

6.3.3　UEFI事件Notif?ication函数的派发  126

6.4　鼠标和键盘事件示例  127

6.5　本章小结  128

第7章　硬盘和文件系统  129

7.1　GPT硬盘  129

7.1.1　基于MBR分区的传统硬盘  129

7.1.2　GPT硬盘详解  130

7.2　设备路径  134

7.3　硬盘相关的Protocol  139

7.3.1　BlockIo解析  140

7.3.2　BlockIo2解析  142

7.3.3　DiskIo解析  146

7.3.4　DiskIo2解析  147

7.3.5　PassThrough解析  150

7.4　文件系统  152

7.5　文件操作  153

7.5.1　打开文件  154

7.5.2　读文件  156

7.5.3　写文件  159

7.5.4　关闭文件（句柄）  160

7.5.5　其他文件操作  160

7.5.6　异步文件操作  162

7.5.7　EFI_SHELL_PROTOCOL中的文件操作  166

7.6　本章小结  170

第8章　开发UEFI服务  171

8.1　Protocol服务接口设计  172

8.2　Protocol服务的实现  174

8.3　服务型驱动的框架  178

8.4　ffmpeg的移植与编译  179

8.4.1　libavcodec的建立和移植  181

8.4.2　其他库的建立与移植  182

8.4.3　在驱动型服务中使用StdLib  186

8.5　使用Protocol服务  188

8.6　本章小结  190

第9章　开发UEFI驱动  191

9.1　UEFI驱动模型  192

9.1.1　EFI  Driver  Binding  Protocol的构成  192

9.1.2　EFI  Component  Name  Protocol的作用和构成  196

9.2　编写设备驱动的步骤  197

9.3　PCI设备驱动基础  199

9.4　AC97控制器芯片的控制接口  202

9.5　AC97驱动  206

9.5.1　AC97驱动的驱动服务EFI_AUDIO_PROTOCOL  206

9.5.2　AC97驱动的框架部分  213

9.5.3　AC97驱动实验  220

9.6　本章小结  221

第10章　用C++开发UEFI应用  222

10.1　从编译器角度看C与C++的差异  222

10.2　在EDK2中支持C++  224

10.2.1　使EDK2支持C++基本特性  224

10.2.2　在Windows系统下的程序启动过程  226

10.2.3　在Windows系统下支持全局构造和析构  229

10.2.4　在Linux系统下的程序启动过程  231

10.2.5　在Linux系统下支持全局构造和析构  240

10.2.6　支持new和delete  242

10.2.7　支持STL  243

10.3　GcppPkg概览  243

10.4　测试GcppPkg  246

10.5　本章小结  248

第11章　GUI基础  249

11.1　字符串  249

11.1.1　字符串函数  249

11.1.2　字符串资源  251

11.1.3　管理字符串资源  255

11.2　管理语言  260

11.3　包列表  262

11.4　图形界面显示  263

11.4.1　显示模式  264

11.4.2　Block  Transfer（Blt）传输图像  267

11.4.3　在图形界面下显示字符串  269

11.5　用SimpleFont显示中文  272

11.5.1　  SimpleFont  格式  273

11.5.2　如何生成字体文件  275

11.5.3　如何注册字体文件  276

11.6　开发SimpleFont字库程序  277

11.7　字体Font  278

11.7.1　Font的格式  279

11.7.2　字体包的格式  279

11.7.3　为什么Font性能高于SimpleFont  281

11.8　本章小结  284

第12章　GUI应用程序  285

12.1　UEFI事件处理  285

12.1.1　键盘事件  285

12.1.2　鼠标事件  292

12.1.3　定时器事件  293

12.1.4　UI事件服务类  294

12.2　事件处理框架  297

12.3　鼠标与控件的绘制  302

12.3.1　鼠标的绘制  303

12.3.2　控件的绘制  305

12.4　控件系统包GUIPkg  306

12.5　简单视频播放器的实现  309

12.6　本章小结  315

第13章　深入了解多任务  317

13.1　多处理器服务  317

13.1.1　EFI_MP_SERVICES_PROTOCOL功能及用法  317

13.1.2　启动AP的过程  324

13.2　内联汇编基础和寄存器上下文的保存与恢复  333

13.2.1　内联汇编基础  333

13.2.2　寄存器上下文的保存与恢复  335

13.3　多线程  336

13.3.1　生成线程  337

13.3.2　调度线程  340

13.3.3　等待线程结束  341

13.3.4　SimpleThread服务  341

13.4　本章小结  345

第14章　网络应用开发  346

14.1　在UEFI中使用网络  348

14.2　使用EFI_TCP4_PROTOCOL  350

14.2.1　生成Socket对象  352

14.2.2　连接  356

14.2.3　传输数据  358

14.2.4　关闭Socket  361

14.2.5　测试Socket  362

14.3　本章小结  363

第15章　使用C标准库  364

15.1　为什么使用C标准库函数  364

15.2　实现简单的Std函数  365

15.2.1　简单标准库函数包sstdPkg  366

15.2.2　使用sstdPkg  368

15.3　使用EDK2的StdLib  369

15.3.1　main函数工程  369

15.3.2　非main函数工程  374

15.4　本章小结  376

第16章　Shell及常用Shell命令  377

16.1　Shell的编译与执行  377

16.2　Shell服务  379

16.3　Shell脚本  385

16.3.1　Shell脚本语法简介  385

16.3.2　自动运行指定应用程序  388

16.4　Shell内置命令  388

16.4.1　调试设备的相关命令  388

16.4.2　驱动相关命令  390

16.4.3　网络相关命令  392

16.5　本章小结  394

附录A　UEFI常用术语及简略语  395

附录B　RFC  4646常用语言列表  397

附录C　状态值  398

附录D　参考资料  400