Linux启动详解

一、固件运行

本部分主要参考 戴正华 著《UEFI原理与编程》

CPU在加电后会进入16位实模式状态运行,同时CPU的逻辑电路设计为加电瞬间将CS的值设置为

0xF000、IP的值置为0xFFF0,这样CS:IP就指向0xFFFF0这个地址位置。然后开始执行固件

固件的执行分为七个阶段:

1.SEC(Security Phase)阶段是平台初始化的第一个阶段,计算机系统加电后进入这个阶段。

        (1)SEC阶段功能

           UEFI系统开机或重启进入SEC阶段,从功能上说,它执行以下4种任务

            1)接受并处理系统启动和重启信号:系统加电信号、系统重启信号、系统运行过程中的严重

异常信号

             2)初始化临时存储区域:系统运行在SEC阶段时,仅CPU和CPU内部资源被初始化,各种外

部设备和内存都没有被初始化,因而系统需要一些临时RAM区域,用于代码和数据的存储,我们将之称

为临时RAM,以示与内存的区别。这些临时RAM只能位于CPU内部。最常用的临时RAM是Cache,当

Cache被配置为no--eviction模式时,可以作为内存使用,读命中时返回Cache中的数据,读缺失时不会向

主存发出缺失事件;写命中时讲数据写入Cache,写缺失时不会向主存发出缺失事件,这种技术称为CAR

(Cache As Ram)

              3)作为可信系统的根:作为取得对系统控制权的第一部分,SEC阶段时整个可信系统的 根。SEC

能被系统信任,以后的各个阶段才有被信任的基础。通常,SEC在将控制权转移给PEI之前,课可以验证PEI

              4)传递系统参数给下一阶段(即PEI):SEC阶段的一切工作都是为PEI阶段做准备,最终SEC要把

控制权转交给PEI,同时要将现阶段的成果汇报给PEI。汇报的手段就是讲如下信息作为参数传递给PEI的入口函数。

                 $系统当前状态,PEI可以根据这些状态判断系统的健康状况。

                 $可启动固件(Boot Fireware Volume)的地址和大小。

                 $临时RAM区域的地址和大小

                 $栈的地址和大小

              (2)SEC阶段执行流程

                 上面介绍了SEC的功能,下面再来看看SEC的执行流程,如图所示:

                 

                 

                    以临时RAM初始化为界,SEC的执行又分为两大部分:临时 RAM生效之前称为Reset Vector

阶段,临时RAM生效后调用SEC入口函数从而进入SEC功能区

                    其中Reset Vector的执行流程如下:

                      1)进入固件入口

                      2)从实模式转换到32位平坦模式(包含模式)

                      3)定位固件中的BFV(Boot Firmware Volume)

                      4)定位BFV中的SEC映像

                      5)若是64位系统,从32位模式转换到64位模式

                      6)调用SEC入口函数

                      下面代码描述了从固件入口Reset Vector到SEC入口函数的执行过程

                      (EDK2   UEFICpuPkg/ResetVector/Vtf0/Ia16/ResetVectorVtf0.asm)

                      resetVector:

                      jmp           short     EarlyBspInitReal16

                        (EDK2   UEFICpuPkg/ResetVector/Vtf0/Ia16/Init16.asm )

                       EarlyBspInitReal16:

                       mov        di, 'BP'

                      jmp          short Main16

                       (EDK2  UefiCpuPkg/ResetVector/Vtf0/Main.asm)

                       Main16:

                       OneTimeCall    EarlyInit16

                       OneTimeCall    TransitionFromReal16To32BitFlat  ;  //从实模式转换到32位平坦模式

                       OneTimeCall    Flat32SearchForBfvBase;               //定位固件中的BFV

                       OneTimeCall    Flat32SearchForSecEntryPoint;      //定位BFV中的SEC镜像

                       //esi寄存器存放了SEC的入口地址,ebp寄存器存放了BFV起始地址

                      %ifdef    ARCH_IA32

                      mov eax ,esp

                      jmp esi; 跳转到SEC入口

                      %else

                     OneTimeCall  Transition32To64Flat;         //从32位模式转换到64位模式

                      ................

                      jmp rsi;                                                         //跳到SEC入口

                      %endif

                      在Reset Vector部分,因为系统还没有RAM,因而不能使用基于栈的程序设计

所有的函数调用都使用jmp指令模拟。OneTimeCall是宏,用于模拟call指令。例如宏调用

OneTimeCall  EarlyInit16,如图:

                       进入SEC功能区后,首先利用CAR技术初始化栈,初始化IDT,初始化 EFI_SEC_PEI_HAND_OFF

将控制权转交给PEI,并讲EFI_SEC_PEI_HAND_OFF传递给PEI。

                        不同的硬件平台,SEC代码会有不同的实现方式,但大致执行过程相似。下面以OVMF为例,介绍SEC

功能区的执行过程。

     

                                                                                           

           2.PEI阶段(待续)

            PEI(Pre-EFI Initialization)阶段资源仍然十分有限内存到了PEI后期才被初始化,其主要功能

是为DXE准备执行环境,将需要传递到DXE的信息组成HOB(Handoff Block)列表,最终将控制权转交

到DXE手中。PEI执行流程如图:

                               从功能上讲,PEI可分为以下两部分。

                              $PEI内核(PEI Foundation):负责PEI基础服务和流程

                              $PEIM(PEI Moudule)派遣器:主要功能是找出系统中所有 PEIM,并根据PEIM之间的依赖

关系按顺序执行PEIM。PEI阶段对系统的初始化主要由PEIM完成的。

                            3.DXE阶段

待续

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