和老BIOS说永别 EFI BIOS技术解析
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2022-04-06 15:12:43
和老BIOS说永别 EFI BIOS技术解析BIOS最后的璀璨 BIOS，几乎和PC有着同样的寿命，当年康柏第一台“克隆”PC诞生的时候，它为了简化启动的设置，引入了固化程序的概念，在启动时负责将PC初始化，然后再将控制权... 09-04-21...
bios最后的璀璨
bios，几乎和pc有着同样的寿命，当年康柏第一台“克隆”pc诞生的时候，它为了简化启动的设置，引入了固化程序的概念，在启动时负责将pc初始化，然后再将控制权交给磁盘上的操作系统。而今天，“康柏”这个品牌已经消失，而bios却作为无心插柳柳成荫之作，延续至今。
bios伴随了我们十几年，在这么长的日子里，硬件升了一代又一代，电脑换了一台又一台，唯一不变的，就是bios。bios默默伴随着我们这帮从刚学会打abcd的毛头孩子长大成人，当我们都变了，它却还是它最初的模样。
风华已去，佳人已老，bios在十几年的守护中，一步步逐渐落后于硬件的发展，趋于落寞，垂垂老暮。bios在pc启动时，将pc初始化，然后控制权交给磁盘上的操作系统，在后面的阶段，用户的感觉是在通过操作系统直接和硬件对话，可实际上，操作系统想要与硬件进行沟通，仍然必须通过bios。
bios的全称是basic input/output system，中文名是基本输入输出系统。bios即是操作系统和计算机硬件之间通讯的桥梁，更是充当翻译的角色，从dos时代起，微软的操作系统一直都是建立在“中断”这个概念上的，程序的切换依靠中断，系统的开关依靠中断，甚至我们按下了机箱上“reset”键强制重启电脑，也还是中断在后台的作用。为了延续整套的16位中断系统，无论是cpu开发还是软件升级，都得考虑中断模式。
在x86系列处理器进入32位时代后，由于兼容性的原因，新的处理器保留了16位的运行方式，此后多次处理器的升级换代都保留了这种运行方式。甚至在含64位扩展技术的至强系列处理器中，处理器加电启动时仍然会切换到16位的实模式下运行。bios程序以16位汇编代码、寄存器参数调用方式、静态链接以及1mb以下内存固定编址的形式存在了十几年，虽然各大bios厂商近年来努力得对其进行改进，加入了许多新元素到产品中，如acpi、usb支持等，但bios的根本性质没有得到任何改变，16位的运行工作环境是其最为致命的缺点。
现有的bios不但在工作方式存在令人不满之处，在工作能力上，也令人颇有微词。bios发展到现在，用来存放bios程序的芯片最大不过2mb，换成实际字节就是256kb，面对这个数值，即使你想为bios编写一些新的功能，bios芯片中也不会有足够的空间让你写入。这也是bios这十几年来一直停滞不前的原因之一。
所以bios经过了这些年的辉煌期，已经逐渐脱离了时代的发展，成为了pc功能和性能进一步提升的瓶颈，只有寻求bios的接任者。而bios，必将在璀璨光环的环绕中，落下帷幕，成为历史的记录。
efi接过接力棒
efi的英文全称是extensible firmware interface，中文名是可扩展固件接口，早在2006年的上半年，intel曾经在idf上进行过efi的演示。要使用efi系统，必须主板和操作系统都支持efi功能，目前支持efi功能的操作系统有mac os x、vista和server 2003。
对于操作系统来说，如果主板使用的是bios，那么操作系统就必须面对所有的硬件，大到主板显卡，小到鼠标键盘，每次重装系统或者系统升级，都必须手动安装新的驱动，否则硬件很可能无法正常工作。而基于efi的主板则方便很多，因为efi架构使用的驱动基于efi byte code。efi byte code有些类似于java的中间代码，并不由cpu直接执行操作，而是需要efi层进行翻译。对于不同的操作系统来说，efi将硬件层很好地保护了起来，所有操作系统看到的，都只是efi留给efi byte code的程序接口，而efi byte code又直接和windows的api联系，这就意味着无论操作系统是windows还是linux，只要有efi byte code支持，只需要一份驱动程序就能吃遍所有操作系统平台。
更为神奇的是，efi byte code驱动还能绕过操作系统，直接安装在efi环境中，这样对硬件的控制就由efi层负责，efi向操作系统直接提供硬件操作的接口，不需要操作系统再调用驱动。这种方式的优点是不需要进入操作系统，只需要进入efi界面，更新驱动程序就可以完成，而且不需要对每一个操作系统进行驱动升级，只要efi界面中升级一次，所有上层的操作系统都可以直接调用新的efi接口。
efi在开机之始就能够驱动所有的硬件，网络当然也不会例外，所以在efi的操作界面中，程序可以直接连接上互联网，向外界求助操作系统的维修信息或者在线升级驱动程序。
更方便的编程方式
有人会问：既然efi功能那么强大，那它存放在什么地方？是存放在原来的bios芯片中吗？答案当然是no。bios芯片只有256kb，远远不够efi使用。efi是以小型磁盘分区的形式存放在硬盘上的。efi的安装，必须在支持efi功能的主板上，使用光驱引导系统，然后对磁盘进行efi化的处理，这个处理的过程，主要就是划分efi独用的磁盘空间。
efi的存储空间大约为50mb到100mb，具体视驱动文件多少而定。在这部分空间中，包含以下几个部分：
1. pre-efi初始化模块
2. efi驱动执行环境
3. efi驱动程序
4. 兼容性支持模块（csm）
5. efi高层应用
6. guid 磁盘分区
由于efi驱动开发简单，所有的硬件厂商都可以参与，为自家的硬件定制最为合适的驱动。基于efi的驱动模型可以使efi系统接触到所有的硬件功能，不进入操作操作系统就浏览网站不再是天方夜谭，甚至实现起来也非常简单。这对基于传统bios的系统来说是件不可能的任务，在bios中添加几个简单的usb设备支持都曾使很多bios设计师痛苦万分，更何况除了添加对无数网络硬件的支持外，还得凭空构建一个16位模式下的tcp/ip协议。
bios，几乎和pc有着同样的寿命，当年康柏第一台“克隆”pc诞生的时候，它为了简化启动的设置，引入了固化程序的概念，在启动时负责将pc初始化，然后再将控制权交给磁盘上的操作系统。而今天，“康柏”这个品牌已经消失，而bios却作为无心插柳柳成荫之作，延续至今。
bios伴随了我们十几年，在这么长的日子里，硬件升了一代又一代，电脑换了一台又一台，唯一不变的，就是bios。bios默默伴随着我们这帮从刚学会打abcd的毛头孩子长大成人，当我们都变了，它却还是它最初的模样。
风华已去，佳人已老，bios在十几年的守护中，一步步逐渐落后于硬件的发展，趋于落寞，垂垂老暮。bios在pc启动时，将pc初始化，然后控制权交给磁盘上的操作系统，在后面的阶段，用户的感觉是在通过操作系统直接和硬件对话，可实际上，操作系统想要与硬件进行沟通，仍然必须通过bios。
bios的全称是basic input/output system，中文名是基本输入输出系统。bios即是操作系统和计算机硬件之间通讯的桥梁，更是充当翻译的角色，从dos时代起，微软的操作系统一直都是建立在“中断”这个概念上的，程序的切换依靠中断，系统的开关依靠中断，甚至我们按下了机箱上“reset”键强制重启电脑，也还是中断在后台的作用。为了延续整套的16位中断系统，无论是cpu开发还是软件升级，都得考虑中断模式。
在x86系列处理器进入32位时代后，由于兼容性的原因，新的处理器保留了16位的运行方式，此后多次处理器的升级换代都保留了这种运行方式。甚至在含64位扩展技术的至强系列处理器中，处理器加电启动时仍然会切换到16位的实模式下运行。bios程序以16位汇编代码、寄存器参数调用方式、静态链接以及1mb以下内存固定编址的形式存在了十几年，虽然各大bios厂商近年来努力得对其进行改进，加入了许多新元素到产品中，如acpi、usb支持等，但bios的根本性质没有得到任何改变，16位的运行工作环境是其最为致命的缺点。
现有的bios不但在工作方式存在令人不满之处，在工作能力上，也令人颇有微词。bios发展到现在，用来存放bios程序的芯片最大不过2mb，换成实际字节就是256kb，面对这个数值，即使你想为bios编写一些新的功能，bios芯片中也不会有足够的空间让你写入。这也是bios这十几年来一直停滞不前的原因之一。
所以bios经过了这些年的辉煌期，已经逐渐脱离了时代的发展，成为了pc功能和性能进一步提升的瓶颈，只有寻求bios的接任者。而bios，必将在璀璨光环的环绕中，落下帷幕，成为历史的记录。
efi接过接力棒
efi的英文全称是extensible firmware interface，中文名是可扩展固件接口，早在2006年的上半年，intel曾经在idf上进行过efi的演示。要使用efi系统，必须主板和操作系统都支持efi功能，目前支持efi功能的操作系统有mac os x、vista和server 2003。
对于操作系统来说，如果主板使用的是bios，那么操作系统就必须面对所有的硬件，大到主板显卡，小到鼠标键盘，每次重装系统或者系统升级，都必须手动安装新的驱动，否则硬件很可能无法正常工作。而基于efi的主板则方便很多，因为efi架构使用的驱动基于efi byte code。efi byte code有些类似于java的中间代码，并不由cpu直接执行操作，而是需要efi层进行翻译。对于不同的操作系统来说，efi将硬件层很好地保护了起来，所有操作系统看到的，都只是efi留给efi byte code的程序接口，而efi byte code又直接和windows的api联系，这就意味着无论操作系统是windows还是linux，只要有efi byte code支持，只需要一份驱动程序就能吃遍所有操作系统平台。
更为神奇的是，efi byte code驱动还能绕过操作系统，直接安装在efi环境中，这样对硬件的控制就由efi层负责，efi向操作系统直接提供硬件操作的接口，不需要操作系统再调用驱动。这种方式的优点是不需要进入操作系统，只需要进入efi界面，更新驱动程序就可以完成，而且不需要对每一个操作系统进行驱动升级，只要efi界面中升级一次，所有上层的操作系统都可以直接调用新的efi接口。
efi在开机之始就能够驱动所有的硬件，网络当然也不会例外，所以在efi的操作界面中，程序可以直接连接上互联网，向外界求助操作系统的维修信息或者在线升级驱动程序。
更方便的编程方式
有人会问：既然efi功能那么强大，那它存放在什么地方？是存放在原来的bios芯片中吗？答案当然是no。bios芯片只有256kb，远远不够efi使用。efi是以小型磁盘分区的形式存放在硬盘上的。efi的安装，必须在支持efi功能的主板上，使用光驱引导系统，然后对磁盘进行efi化的处理，这个处理的过程，主要就是划分efi独用的磁盘空间。
efi的存储空间大约为50mb到100mb，具体视驱动文件多少而定。在这部分空间中，包含以下几个部分：
1. pre-efi初始化模块
2. efi驱动执行环境
3. efi驱动程序
4. 兼容性支持模块（csm）
5. efi高层应用
6. guid 磁盘分区
由于efi驱动开发简单，所有的硬件厂商都可以参与，为自家的硬件定制最为合适的驱动。基于efi的驱动模型可以使efi系统接触到所有的硬件功能，不进入操作操作系统就浏览网站不再是天方夜谭，甚至实现起来也非常简单。这对基于传统bios的系统来说是件不可能的任务，在bios中添加几个简单的usb设备支持都曾使很多bios设计师痛苦万分，更何况除了添加对无数网络硬件的支持外，还得凭空构建一个16位模式下的tcp/ip协议。