一種基于飛騰便攜式計(jì)算機(jī)的uefi固件實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)固件技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于飛騰處理器便攜式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱飛騰便攜機(jī))的UEFI固件的實(shí)現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]UEFI (Unified Extensible Firmware Interface,統(tǒng)一的可擴(kuò)展固件接口)是一種計(jì)算機(jī)固件(或稱為B1S)的接口規(guī)范，也是關(guān)于固件的最主要的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。UEFI規(guī)范最初是面向Intel公司的Itanium和X86處理器進(jìn)行制定的，但是UEFI規(guī)范本身是與處理器架構(gòu)無(wú)關(guān)的，目前已經(jīng)應(yīng)用于X86、Itanium、ARM等處理器平臺(tái)。符合UEFI規(guī)范的計(jì)算機(jī)固件(以下簡(jiǎn)稱UEFI固件)相對(duì)于傳統(tǒng)的固件有很多優(yōu)越性，目前主流的X86商用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)基本上都是采用了 UEFI固件。
[0003]飛騰是由國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制的國(guó)產(chǎn)通用中央處理器，采用SPARC精簡(jiǎn)指令集架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了多核心、多線程，支持硬件虛擬化技術(shù)。飛騰處理器已形成多款型號(hào)產(chǎn)品，可應(yīng)用于臺(tái)式、便攜式計(jì)算機(jī)以及服務(wù)器產(chǎn)品。目前應(yīng)用于便攜式計(jì)算機(jī)產(chǎn)品的飛騰處理器主要是FT1000A，F(xiàn)T1000A是一個(gè)SOC芯片，不僅包含處理器核心，還集成了多個(gè)外設(shè)控制器。
[0004]OBP(Open Boot PROM)是飛騰處理器平臺(tái)上的固件，最初是由SUN公司于1989年提出。OBP符合IEEE1275標(biāo)準(zhǔn)，主要負(fù)責(zé)飛騰處理器平臺(tái)上電自檢、平臺(tái)初始化和引導(dǎo)操作系統(tǒng)。由于飛騰處理器支持硬件虛擬化，所以在系統(tǒng)上電時(shí)首先運(yùn)行一個(gè)虛擬機(jī)監(jiān)控器Hypervisor,由Hypervisor實(shí)現(xiàn)硬件資源虛擬化和硬件資源管理,然后將控制權(quán)交給啟動(dòng)固件OBP。與UEFI固件相比，OBP存在很多不足，主要表現(xiàn)在:0ΒΡ是用Forth編寫(xiě)的，F(xiàn)orth語(yǔ)言是冷門(mén)語(yǔ)言，掌握這門(mén)語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)人員很少，造成開(kāi)發(fā)難度很大，維護(hù)也很困難；OBP是基于SUN公司提供的開(kāi)源代碼來(lái)開(kāi)發(fā)的，使用OBP的公司很少，缺乏產(chǎn)業(yè)鏈的廣泛支持；OBP僅對(duì)板載驅(qū)動(dòng)是Forth語(yǔ)言編寫(xiě)的外設(shè)進(jìn)行支持，很難支持主流的外設(shè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的主要是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于飛騰便攜式計(jì)算機(jī)的UEFI固件的實(shí)現(xiàn)方法。根據(jù)這個(gè)方法，可以在飛騰便攜機(jī)上實(shí)現(xiàn)出符合國(guó)際主流UEFI固件規(guī)范、可擴(kuò)展性強(qiáng)、功能完善的固件產(chǎn)品，并且能完全替代0ΒΡ，以支持飛騰便攜機(jī)的正常啟動(dòng)和運(yùn)行。
[0006]一種基于飛騰便攜機(jī)的UEFI固件的實(shí)現(xiàn)方法，固件劃分為硬件抽象層、固件核心層、設(shè)備協(xié)議層和固件應(yīng)用層。
[0007]其中，硬件抽象層實(shí)現(xiàn)處理器、內(nèi)存、外設(shè)控制器等關(guān)鍵硬件部件的初始化，對(duì)其他板級(jí)硬件進(jìn)行包裝和抽象并實(shí)現(xiàn)初始化，同時(shí)為上層模塊提供訪問(wèn)底層硬件設(shè)備的函數(shù)接口。其包括處理器驅(qū)動(dòng)模塊、外設(shè)驅(qū)動(dòng)模塊和電源管理模塊，處理器驅(qū)動(dòng)模塊完成處理器、內(nèi)存的初始化工作，并提供訪問(wèn)處理器和內(nèi)存的接口 ；外設(shè)驅(qū)動(dòng)模塊主要是主板上各種外設(shè)的驅(qū)動(dòng)，如顯卡、硬盤(pán)、鍵盤(pán)、USB設(shè)備、網(wǎng)卡等，每個(gè)外設(shè)會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)(或多個(gè))驅(qū)動(dòng)模塊。對(duì)于基于FT1000A的硬件平臺(tái)，外設(shè)驅(qū)動(dòng)模塊還要完成處理器中集成的外設(shè)控制器的初始化和資源分配工作；電源管理模塊主要是用來(lái)配合操作系統(tǒng)來(lái)完成系統(tǒng)的待機(jī)、休眠和喚醒等功能，并實(shí)現(xiàn)設(shè)備電源管理相關(guān)的功能和函數(shù)接口。
[0008]固件核心層類(lèi)似于操作系統(tǒng)的內(nèi)核，建立UEFI中的系統(tǒng)服務(wù)表，進(jìn)行固件中所有模塊的統(tǒng)一管理和各種資源的管理。其包括固件核心加載模塊、固件核心模塊和基礎(chǔ)架構(gòu)功能模塊，固件核心加載模塊負(fù)責(zé)加載固件核心模塊，并為其準(zhǔn)備運(yùn)行環(huán)境，固件核心模塊負(fù)責(zé)建立UEFI規(guī)范中的啟動(dòng)服務(wù)(Boot Service)和運(yùn)行時(shí)服務(wù)(Runtime Service)表，加載、運(yùn)行其他功能模塊，管理各模塊之間的交互，實(shí)現(xiàn)內(nèi)存的管理，實(shí)現(xiàn)和維護(hù)時(shí)鐘中斷和事件機(jī)制，實(shí)現(xiàn)和維護(hù)固件應(yīng)用的特權(quán)級(jí)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)UEFI規(guī)范中定義的Protocol的管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)UEFI規(guī)范要求實(shí)現(xiàn)的其他機(jī)制和功能，如調(diào)試接口、壓縮算法、變量存儲(chǔ)/處理等。基礎(chǔ)架構(gòu)功能模塊實(shí)現(xiàn)UEFI規(guī)范中的Architectural Protocol,包括多個(gè)功能模塊，每個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)一個(gè) Architectural Protocol。每個(gè) Architectural Protocol 包含一些基礎(chǔ)服務(wù)接口，供固件中的其他功能模塊調(diào)用。
[0009]設(shè)備協(xié)議層實(shí)現(xiàn)各種標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)規(guī)范，包括總線協(xié)議、外設(shè)接口等。其包括總線協(xié)議模塊,實(shí)現(xiàn)各種總線協(xié)議,如 PCI/PCIE、SATA、PATA、SCS1、USB、ISA、SMBUS、LPCBUS 等。通常是一個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)一種總線協(xié)議，并通過(guò)UEFI規(guī)范中的Protocol機(jī)制“發(fā)布”這些總線的接口，這樣其他模塊就可以使用這些接口來(lái)訪問(wèn)總線。
[0010]固件應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)固件的各項(xiàng)功能，如配置界面、系統(tǒng)監(jiān)控、文件系統(tǒng)、操作系統(tǒng)引導(dǎo)等；其包括設(shè)備掃描模塊、人機(jī)界面模塊、系統(tǒng)監(jiān)控模塊、IEEE1275支持模塊、系統(tǒng)啟動(dòng)模塊、內(nèi)核加載模塊和Shell模塊，設(shè)備掃描模塊枚舉系統(tǒng)中的所有外部設(shè)備，如PCI/PCIE總線上的設(shè)備，為這些設(shè)備分配資源，并將設(shè)備與相應(yīng)的外設(shè)驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行Connect (也即交給該設(shè)備驅(qū)動(dòng)進(jìn)行管理)；人機(jī)界面模塊位于顯卡驅(qū)動(dòng)模塊之上，實(shí)現(xiàn)所有顯示相關(guān)的接口，如設(shè)置顯示模式、在特定位置打印字符串、顯示圖片、清屏等；系統(tǒng)監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)處理器溫度、系統(tǒng)電壓和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，根據(jù)溫度值來(lái)調(diào)整風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，允許用戶設(shè)定溫度閾值，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，進(jìn)行自動(dòng)關(guān)機(jī)；IEEE1275支持模塊實(shí)現(xiàn)IEEE1275規(guī)范中定義的固件與操作系統(tǒng)的函數(shù)接口、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，供操作系統(tǒng)在啟動(dòng)和運(yùn)行階段調(diào)用；系統(tǒng)啟動(dòng)模塊提供一個(gè)圖形化的用戶配置界面，用戶通過(guò)菜單操作的方式，查看系統(tǒng)信息和對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置。最后根據(jù)用戶的選擇，從存儲(chǔ)設(shè)備啟動(dòng)操作系統(tǒng)；文件系統(tǒng)模塊實(shí)現(xiàn)FAT/FAT32、EXT2/3/4和IS09660文件系統(tǒng)，支持對(duì)文件的讀取操作；內(nèi)核加載模塊在系統(tǒng)啟動(dòng)的最后階段，這個(gè)模塊從硬盤(pán)、U盤(pán)、光盤(pán)等存儲(chǔ)介質(zhì)中將內(nèi)核文件(或內(nèi)核加載器)加載到內(nèi)存中，并為內(nèi)核文件準(zhǔn)備必要的參數(shù)，然后跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核(或內(nèi)核加載器)的入口點(diǎn)執(zhí)行，這樣就將控制權(quán)交給了操作系統(tǒng)；Shell模塊Shell是UEFI固件提供的一個(gè)命令行環(huán)境，基于UEFI固件中提供的大量接口服務(wù)，可以開(kāi)發(fā)出Shell下的多種固件應(yīng)用程序。
[0011]本發(fā)明的基于飛騰便攜機(jī)的UEFI固件的具體運(yùn)行步驟如下:
[0012](I)初始化處理器、內(nèi)存，建立起固件運(yùn)行的基本環(huán)境；
[0013](2)將UEFI固件代碼復(fù)制到內(nèi)存，并對(duì)固件進(jìn)行解壓，加載固件核心模塊；
[0014](3)建立UEFI固件的基礎(chǔ)服務(wù)；
[0015](4)加載UEFI固件功能模塊，包括基礎(chǔ)架構(gòu)功能模塊、設(shè)備協(xié)議模塊；
[0016](5)掃描設(shè)備并為設(shè)備分配系統(tǒng)資源，加載設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊，完成設(shè)備初始化；
[0017](6)加載電源管理模塊，并根據(jù)啟動(dòng)模式來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的啟動(dòng)路徑:
[0018]a)如果當(dāng)前啟動(dòng)模式是從S3待機(jī)狀態(tài)喚醒，則跳轉(zhuǎn)到操作系統(tǒng)進(jìn)入S3狀態(tài)前的運(yùn)行地址，結(jié)束啟動(dòng)過(guò)程；
[0019]b)如果當(dāng)前啟動(dòng)模式是正常啟動(dòng)模式(包括熱啟動(dòng)、冷啟動(dòng))，或從S5休眠狀態(tài)喚醒，則繼續(xù)后續(xù)的步驟；
[0020](7)加載執(zhí)行固件應(yīng)用模塊；
[0021](8)運(yùn)行配置界面；
[0022](9)從存儲(chǔ)設(shè)備加載操作系統(tǒng)。
[0023]上述步驟中，步驟(I)中執(zhí)行處理器驅(qū)動(dòng)模塊。在步驟(I)執(zhí)行之前，系統(tǒng)中的虛擬機(jī)監(jiān)控器Hypervisor已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了物理處理器和內(nèi)存的初始化，此時(shí)處理器驅(qū)動(dòng)模塊只需要對(duì)虛擬的處理器、內(nèi)存進(jìn)行初始化，進(jìn)行參數(shù)的配置，以及提供訪問(wèn)CPU、Cache、內(nèi)存等部件的接口。
[0024]上述步驟中，步驟⑵中執(zhí)行固件核心加載模塊。步驟⑴執(zhí)行完成后，系統(tǒng)內(nèi)存已經(jīng)初始化好，此時(shí)固件代碼可以在內(nèi)存中運(yùn)行以加快運(yùn)行速度；而且可以用C語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)固件代碼，加快開(kāi)發(fā)速度。固件中包含的功能模塊較多，而FLASH芯片的容量有限，一般需要將存放功能模塊的固件卷進(jìn)行壓縮，固件核心加載模塊負(fù)責(zé)從FLASH中將壓縮的固件卷復(fù)制到內(nèi)存中，并進(jìn)行解壓；解壓成功后，在內(nèi)存中創(chuàng)建H0B(Hand_0ff Block)數(shù)據(jù)表，存放處理器、內(nèi)存、FLASH等系統(tǒng)信息，提供給后續(xù)的固件模塊使用；最后，固件核心加載模塊將控制權(quán)交給固件核心模塊。
[0025]上述步驟中，步驟(3)中執(zhí)行固件核心模塊。固件核心模塊首先初始化UEFI的系統(tǒng)服務(wù)，為后續(xù)的功能模塊的加載、運(yùn)行做準(zhǔn)備。主要是完成UEFI系統(tǒng)表、UEFI啟動(dòng)服務(wù)表和UEFI運(yùn)行時(shí)服務(wù)表的初始化，具體服務(wù)包括代碼調(diào)試、內(nèi)存管理、UEFI鏡像管理、Η0Β、UEFI時(shí)鐘、FLASH訪問(wèn)、解壓縮、固件卷解析、UEFI事件、任務(wù)優(yōu)先級(jí)、UEFI Protocol管理、UEFI變量存取等。系統(tǒng)服務(wù)表存放在內(nèi)存的特定區(qū)域，UEFI固件中的所有功能模塊都可以調(diào)用這些系統(tǒng)服務(wù)。
[0026]上述步驟中，步驟(4)中固件核心模