【前　　言】

2011年9月，筆者次接觸UEFI的項(xiàng)目。

當(dāng)時(shí)，我們正與國(guó)內(nèi)某PC大廠合作，開(kāi)發(fā)一款安全計(jì)算機(jī)。這款產(chǎn)品包含一個(gè)嵌入BIOS中的軟件模塊，此模塊是用匯編語(yǔ)言編寫的Option ROM。由于合作方計(jì)劃將BIOS架構(gòu)全部轉(zhuǎn)為UEFI，因此要求我們將軟件模塊移植到UEFI架構(gòu)下。

在對(duì)UEFI的理解還非常初級(jí)的情況下，筆者忐忑地接下了任務(wù)。用了三周時(shí)間，在AMI的集成工具上，筆者使用C語(yǔ)言將原有的軟件模塊重寫為了UEFI驅(qū)動(dòng)，總算是圓滿完成了任務(wù)。

這之后，筆者花了不少時(shí)間去研究UEFI的公開(kāi)文檔，嘗試著做了很多實(shí)驗(yàn)。在此期間，UEFI規(guī)范從2.3升級(jí)到2.8；身邊的計(jì)算機(jī)運(yùn)行Legacy BIOS的越來(lái)越少，運(yùn)行UEFI BIOS的越來(lái)越多。UEFI的開(kāi)發(fā)效率高、可擴(kuò)展性好，而且系統(tǒng)性能和安全性都很高，支持X86、ARM和RISC-V等多種指令集架構(gòu)。時(shí)至今日，UEFI已經(jīng)成為事實(shí)上的BIOS標(biāo)準(zhǔn)，所有有志于底層開(kāi)發(fā)的工程師都有必要深入了解UEFI架構(gòu)及其編程方法。

【本書的寫作初衷】

因十年前的項(xiàng)目機(jī)緣，筆者開(kāi)始學(xué)習(xí)UEFI的相關(guān)知識(shí)，并利用業(yè)余時(shí)間，以UEFI開(kāi)發(fā)探索為名，撰寫了UEFI開(kāi)發(fā)的系列博客。在此期間，認(rèn)識(shí)了不少業(yè)界的朋友，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、市場(chǎng)推廣方面，我們有過(guò)相當(dāng)多的探討。

也是因?yàn)槿绱�，�?dāng)國(guó)產(chǎn)自主計(jì)算機(jī)從前幾年開(kāi)始大批量出貨，而大部分BIOS采用了UEFI架構(gòu)時(shí)，筆者一點(diǎn)都不感到奇怪。基于此認(rèn)識(shí)，公司的產(chǎn)品針對(duì)國(guó)產(chǎn)自主計(jì)算機(jī)的軟件架構(gòu)進(jìn)行了較大改造，如果沒(méi)有UEFI架構(gòu)的支持，這是做不到的。

在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，能夠參考的資料，除去UEFI規(guī)范等公開(kāi)資料外，英文資料有Intel Press出版的Beyond BIOS和Harnessing the UEFI Shell。中文資料，則只有戴正華老師的《UEFI原理與編程》。作為主流的BIOS架構(gòu)，可供參考的書籍實(shí)在太少。

筆者長(zhǎng)期進(jìn)行Legacy BIOS和UEFI BIOS的ROM開(kāi)發(fā)，對(duì)于底層編程有豐富的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)。因此，萌生了將日常的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)記錄下來(lái)并集結(jié)成冊(cè)的想法。希望能為UEFI的推廣，特別是國(guó)產(chǎn)化計(jì)算機(jī)的發(fā)展，貢獻(xiàn)自己的一份力量。

【本書特點(diǎn)及讀者對(duì)象】

本書以實(shí)踐為主，主要特點(diǎn)如下。

●是為數(shù)不多的介紹國(guó)產(chǎn)計(jì)算機(jī)UEFI開(kāi)發(fā)的書籍。

●針對(duì)每個(gè)主題，都準(zhǔn)備了相應(yīng)的示例和代碼，目的是以實(shí)例講解知識(shí)點(diǎn)。

●偏重于解決實(shí)際項(xiàng)目中遇到的問(wèn)題，包括漢字顯示、構(gòu)建GUI界面、訪問(wèn)PCIE設(shè)備和USB設(shè)備等。

書中詳細(xì)地介紹了如何在Windows/Linux主機(jī)上搭建UEFI開(kāi)發(fā)和調(diào)試環(huán)境，以及構(gòu)建和編譯UEFI程序，非常適合UEFI開(kāi)發(fā)初學(xué)者閱讀，可以幫助他們循序漸進(jìn)地進(jìn)入U(xiǎn)EFI世界。

本書也很適合UEFI的專業(yè)開(kāi)發(fā)者，包括云終端、顯卡、還原卡等領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)者使用。書中提供的豐富的源代碼能為項(xiàng)目開(kāi)發(fā)提供很好的參考。

【本書如何閱讀】

開(kāi)發(fā)UEFI程序，要求程序員有C/C 語(yǔ)言的背景。如果了解對(duì)應(yīng)架構(gòu)（比如X86、ARM、RISC -V等）的匯編語(yǔ)言和Python語(yǔ)言，對(duì)于調(diào)試和理解編譯過(guò)程會(huì)更有幫助，當(dāng)然這不是必需的。

本書的代碼倉(cāng)庫(kù)為https://gitee.com/luobing4365/uefi-practical-programming.git或者h(yuǎn)ttps://github.com/luobing/uefi-practical-programming.git。讀者可以使用GIT工具，將代碼下載到本地閱讀。

按照本書介紹的示例進(jìn)行操作，需要用到各種參考手冊(cè)，特別是UEFI規(guī)范參考手冊(cè)（目前版本為V2.8）、庫(kù)函數(shù)參考手冊(cè)等。這些文檔可以在www.uefi.org和GitHub的倉(cāng)庫(kù)tianocore/tianocore.github.io中找到。

另外，在調(diào)試UEFI程序的過(guò)程中，會(huì)用到各種調(diào)試工具，包括WINDBG或DBG等，讀者可以根據(jù)自己的知識(shí)背景選擇熟悉的工具。本書沒(méi)有詳細(xì)介紹調(diào)試工具的用法，建議讀者參考張銀奎老師的《軟件調(diào)試》，這也是筆者常備的參考書籍。

【本書共分12章，具體內(nèi)容如下】

第1章　概覽了Legacy BIOS和UEFI BIOS的組成部分，并分析、比較了Legacy BIOS和UEFI BIOS的優(yōu)缺點(diǎn)，介紹了UEFI BIOS的組成部分和啟動(dòng)過(guò)程，以及它在國(guó)產(chǎn)計(jì)算機(jī)發(fā)展中所起的作用。

第2章　介紹了如何在Windows和Linux主機(jī)上搭建UEFI的開(kāi)發(fā)環(huán)境和調(diào)試環(huán)境。為方便測(cè)試和調(diào)試UEFI程序，還介紹了如何制作Legacy BIOS和UEFI BIOS下的UEFI啟動(dòng)盤。

第3章　介紹了UEFI中各種工程文件的規(guī)范，包括DSC文件、INF文件和DEC文件等。詳細(xì)描述了構(gòu)建UEFI應(yīng)用和UEFI包的方法，以及如何使用C 語(yǔ)言編寫UEFI程序。

第4章　介紹了UEFI圖形顯示的原理，實(shí)現(xiàn)了各種基本圖形的顯示，并基于圖形函數(shù)，使用點(diǎn)陣顯示的方式，在UEFI環(huán)境下顯示漢字。另外介紹了UEFI提供的HII（人機(jī)接口基礎(chǔ)架構(gòu)），以及使用HII實(shí)現(xiàn)漢字和字符串顯示的方法。

第5章　介紹了如何在UEFI環(huán)境下顯示BMP格式、PCX格式和JPEG格式的圖像，以及如何使用HII方式進(jìn)行圖像的顯示。還介紹并實(shí)現(xiàn)了各類圖像特效，其相關(guān)方法可直接應(yīng)用于各類項(xiàng)目中。

第6章　介紹了UEFI下GUI的基本組成和實(shí)現(xiàn)，構(gòu)建了初級(jí)的UEFI GUI框架，并將開(kāi)源GUI框架GuiLite移植到了UEFI環(huán)境下。

第7章　介紹了如何使用UEFI提供的API訪問(wèn)各類外設(shè)，包括PCI/PCIE設(shè)備、SMBus設(shè)備和串口設(shè)備。

第8章　詳細(xì)介紹了UEFI驅(qū)動(dòng)，包括服務(wù)型驅(qū)動(dòng)和UEFI驅(qū)動(dòng)模型。以筆者自制的開(kāi)發(fā)板YIE001為例，介紹了如何編寫一種特殊的UEFI驅(qū)動(dòng)Option ROM，它在顯卡、網(wǎng)卡等板卡設(shè)備上應(yīng)用比較廣泛。

第9章　介紹了USB規(guī)范，以及UEFI下對(duì)USB訪問(wèn)的支持。使用開(kāi)發(fā)板YIE002，實(shí)現(xiàn)了自制的USB HID設(shè)備，并使用它演示如何在UEFI下訪問(wèn)USB HID設(shè)備。

第10章　介紹了如何在實(shí)際的UEFI環(huán)境下，以及各種虛擬機(jī)中，搭建UEFI的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試環(huán)境。還介紹了UEFI對(duì)網(wǎng)絡(luò)的支持，以及如何編寫UEFI下的TCP4和TCP6的網(wǎng)絡(luò)程序。

第11章　介紹了龍芯的發(fā)展歷史，以及目前的產(chǎn)品線。以龍芯主打的桌面級(jí)產(chǎn)品3A4000為例，介紹了龍芯CPU架構(gòu)和指令集，以及如何使用Linux Lab學(xué)習(xí)龍芯的指令集和匯編語(yǔ)言。另外介紹了如何使用廠商提供的代碼和工具，配合開(kāi)源的EDK2代碼，搭建龍芯平臺(tái)的UEFI開(kāi)發(fā)環(huán)境。

第12章　介紹了飛騰平臺(tái)的系列產(chǎn)品，以桌面級(jí)產(chǎn)品FT-2000/4為例，對(duì)飛騰CPU架構(gòu)和指令集進(jìn)行了概括性描述，并使用ARM提供的開(kāi)源工具，配合EDK2代碼，搭建了支持包括飛騰在內(nèi)的ARM64的UEFI開(kāi)發(fā)環(huán)境。為方便沒(méi)有實(shí)際飛騰硬件平臺(tái)的開(kāi)發(fā)人員使用和實(shí)驗(yàn)，還介紹了如何使用QEMU搭建飛騰平臺(tái)的UEFI測(cè)試環(huán)境。

對(duì)讀者而言，如果是為X86平臺(tái)開(kāi)發(fā)UEFI項(xiàng)目，建議先熟悉第1～3章的內(nèi)容，然后根據(jù)自己的需要選擇相應(yīng)的章節(jié)進(jìn)行閱讀；如果是為國(guó)產(chǎn)計(jì)算機(jī)平臺(tái)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，則建議熟悉了第1～3章和第11～12章后，再去選擇相應(yīng)的章節(jié)進(jìn)行學(xué)習(xí)。