BIOS是一組固化到計(jì)算機(jī)內(nèi)主板上一個(gè)ROM芯片上的程序，它保存著計(jì)算機(jī)最重要的基本輸入輸出的程序、開機(jī)后自檢程序和系統(tǒng)自啟動(dòng)程序，它可從CMOS中讀寫系統(tǒng)設(shè)置的具體信息。本文是一篇電子技術(shù)應(yīng)用投稿論文范文，主要論述了UEFI BIOS實(shí)現(xiàn)原理與結(jié)構(gòu)分析。

 　　摘 要:文章簡(jiǎn)單介紹了傳統(tǒng)BIOS的實(shí)現(xiàn)方法、發(fā)展過程和存在的問題，通過對(duì)比傳統(tǒng)BIOS和UEFI BIOS的特點(diǎn)，詳細(xì)敘述了UEFI BIOS的實(shí)現(xiàn)原理和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，較為深入地分析了UEFI BIOS的模塊化結(jié)構(gòu)。

　　【關(guān)鍵詞】基本輸入輸出系統(tǒng),legacy BIOS,統(tǒng)一可擴(kuò)展固件接口,UEFI BIOS,UEFI結(jié)構(gòu)分析

　　1 傳統(tǒng)BIOS概述

　　基本輸入輸出系統(tǒng)(BIOS，Basic Input Output System)是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中連接軟、硬件的關(guān)鍵組件，一般存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)單元中，它為計(jì)算機(jī)提供最底層的、最直接的硬件設(shè)置和控制，具體地執(zhí)行軟件需要硬件提供的服務(wù)。BIOS保存著計(jì)算機(jī)最重要的基本輸入輸出程序、開機(jī)自檢程序和系統(tǒng)啟動(dòng)程序，主要負(fù)責(zé)檢測(cè)、初始化和配置硬件并對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行引導(dǎo)。BIOS作為硬件與操作系統(tǒng)之間的“中間件”，為操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序提供統(tǒng)一的訪問硬件資源的接口，解決了可能因硬件變動(dòng)帶來(lái)的操作系統(tǒng)修改與軟硬件兼容問題，用戶還能通過BIOS對(duì)各個(gè)硬件的電氣特性作初始化或工作參數(shù)的設(shè)置。

　　隨著技術(shù)的發(fā)展，硬件系統(tǒng)變得越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)BIOS的要求也越來(lái)越高，用戶期待計(jì)算機(jī)能具有更便捷的管理功能，希望在進(jìn)入系統(tǒng)前就能通過BIOS對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行查毒殺毒、備份恢復(fù)、遠(yuǎn)程維護(hù)等操作，而傳統(tǒng)BIOS(legacy BIOS)的缺陷使得它無(wú)法滿足用戶的需求，其弊端主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

　　(1)采用16 位編碼、運(yùn)行在實(shí)模式下，受容量限制很難在性能上有所突破;

　　(2)尋址上限僅有1M，隨著64位CPU的普及，其尋址能力不足造成了資源的浪費(fèi);

　　(3)采用匯編語(yǔ)言編碼，開發(fā)人員編寫代碼的體驗(yàn)差、過程復(fù)雜，編寫的BIOS程序擴(kuò)展性和可維護(hù)性差;

　　(4)會(huì)對(duì)所有可識(shí)別的掛載設(shè)備加載驅(qū)動(dòng)，因此減慢了系統(tǒng)的啟動(dòng)速度。

　　在這樣的背景下，新一代的BIOS技術(shù)EFI BIOS應(yīng)需而生。

　　2 UEFI BIOS的特點(diǎn)

　　針對(duì)傳統(tǒng)BIOS的諸多弊端，2000年，Intel推出可擴(kuò)展固件接口(EFI，Extensible Firmware Interface)規(guī)范;2005年，統(tǒng)一的可擴(kuò)展固定接口(UEFI，Unified Extensible Firmware Interface)論壇成立。UEFI推出之前，所有平臺(tái)的BIOS都是私有的，而UEFI屬于開源，并且與傳統(tǒng)BIOS不同的是，UEFI 為BIOS提供了標(biāo)準(zhǔn)化的接口規(guī)范，相比于傳統(tǒng)BIOS，它具有以下特點(diǎn)：

　　(1)支持32/64位版本，具有更大尋址空間，適用不同的CPU架構(gòu)，具有更好的兼容性;

　　(2)使用模塊化設(shè)計(jì)和C語(yǔ)言編寫代碼編寫驅(qū)動(dòng)和程序，比傳統(tǒng)BIOS更容易實(shí)現(xiàn)容、糾錯(cuò)，有效縮短了系統(tǒng)研發(fā)時(shí)間;

　　(3)定義了接口標(biāo)準(zhǔn)卻沒有限制開發(fā)方法，方便OEM廠商實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品差異化，降低了核心代碼與驅(qū)動(dòng)之間的耦合度，具有更好的可擴(kuò)展性和可移植性;

　　(4)內(nèi)置圖形驅(qū)動(dòng)，支持從除Flash ROM之外的位置加載外部設(shè)備;

　　(5)通過UEFI shell為用戶提供了一個(gè)命令行處理環(huán)境(命令解析器)，用戶可以通過UEFI shell導(dǎo)入用戶自定義的驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用程序且不影響固件核心程序。通過自定義的驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用程序，用戶可以進(jìn)行硬件檢測(cè)、遠(yuǎn)程引導(dǎo)及配置，可以脫離操作系統(tǒng)進(jìn)行啟動(dòng)和磁盤管理，有效提升了系統(tǒng)引導(dǎo)速度，增強(qiáng)了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的擴(kuò)展性。

　　3 UEFI結(jié)構(gòu)分析

　　Intel? EFI 平臺(tái)創(chuàng)新架構(gòu)(The Intel? Platform Innovation Framework for EFI)是基于EFI的完整的平臺(tái)固件解決方案，它是模塊化的層次模型，由硬件層、預(yù)EFI基礎(chǔ)(Pre-EFI-Foundation)、EFI和EFI系統(tǒng)裝載器(EFI OS Loader)、預(yù)啟動(dòng)應(yīng)用(Pre-boot Application)組成。其中，預(yù)EFI基礎(chǔ)包括協(xié)議結(jié)構(gòu)、平臺(tái)驅(qū)動(dòng)、框架驅(qū)動(dòng)以及兼容支持模塊等模塊， EFI則像是被固化在主板上的一套微型OS。協(xié)議結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)與硬件直接交互，EFI對(duì)硬件參數(shù)的定義通過協(xié)議結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳遞。在實(shí)際執(zhí)行時(shí)，UEFI在系統(tǒng)啟動(dòng)后通過協(xié)議架構(gòu)將參數(shù)傳送給硬件確定工作狀態(tài);平臺(tái)驅(qū)動(dòng)和框架驅(qū)動(dòng)是UEFI擴(kuò)展功能運(yùn)行的基礎(chǔ)，它們?yōu)镋FI的實(shí)際執(zhí)行提供完整的支撐;兼容支持模塊可以在16位實(shí)模式下啟動(dòng)計(jì)算機(jī)以及訪問擴(kuò)展設(shè)備的ROM，保證非EFI硬件也能在EFI平臺(tái)中兼容使用;UEFI OS Loader相當(dāng)于UEFI的操作系統(tǒng)部分，負(fù)責(zé)引導(dǎo)UEFI系統(tǒng)本身或引導(dǎo)Windows等操作系統(tǒng)的啟動(dòng);Pre-boot Application相當(dāng)于擴(kuò)展的應(yīng)用程序部分。

　　硬件平臺(tái)和OS之間是采用了EFI技術(shù)的固件UEFI。UEFI 降低了OS對(duì)硬件平臺(tái)的依賴，在要進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)只需在框架中加入相應(yīng)的功能模塊，并不會(huì)對(duì)OS的引導(dǎo)產(chǎn)生影響。UEFI固件分為處理器抽象層PAL、系統(tǒng)抽象層SAL和可擴(kuò)展固件接口三層，EFI驅(qū)動(dòng)、應(yīng)用程序和OS通過啟動(dòng)時(shí)服務(wù)(Boot Service)和運(yùn)行時(shí)服務(wù)(Runtime Service)對(duì)資源進(jìn)行管理與調(diào)用，其他模塊調(diào)用內(nèi)核提供的服務(wù)。

　　4 UEFI存在的問題

　　為了實(shí)現(xiàn)更多的擴(kuò)展功能，UEFI需要額外的存儲(chǔ)空間，因此UEFI BIOS不再被存放在主板的只讀存儲(chǔ)器中，而是在硬盤中特別劃分出一塊FAT32格式的扇區(qū)ESP(EFI System Partition，EFI系統(tǒng)分區(qū))用于存放UEFI相關(guān)的各類數(shù)據(jù)。ESP主要用于存放EFI驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用程序，但不僅硬盤可能發(fā)生物理損壞，分區(qū)中的驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用程序文件也存在被病毒或木馬篡改或刪除的風(fēng)險(xiǎn)，所以UEFI比傳統(tǒng)BIOS存在更大的安全隱患，而如何在UEFI系統(tǒng)中確認(rèn)EFI驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用程序的安全性，將是未來(lái)UEFI技術(shù)研究的一個(gè)重要方向。

　　相關(guān)期刊簡(jiǎn)介：《現(xiàn)代電信科技》辦刊宗旨：立足我國(guó)電信事業(yè)現(xiàn)狀，放眼世界電信技術(shù)發(fā)展，為廣大電信工程技術(shù)工作者、電信運(yùn)營(yíng)與管理人士提供國(guó)內(nèi)外電信科技的前沿信息，把握方向、遠(yuǎn)近結(jié)合，重在技術(shù)內(nèi)容的超前性、指導(dǎo)性與實(shí)用性，促進(jìn)中國(guó)通信現(xiàn)代化。