学好UEFI，实现从工程师到架构师的跨越

学好UEFI，

实现从工程师到架构师的跨越

2024 / 01 / 19

统一可扩展固件接口 UEFI，是由英特尔、微软等众多全球知名 IT企业共同开发、管理与推进的全新一代 BIOS 体系规范，目前作为最先进最完善的固件架构，已占据绝大部分计算机市场。X86 自然是不必多说，Arm产品也是紧随其上，现在，很多成熟的ARM服务器产品都采用了UEFI+ACPI方案，一些ARM移动和桌面产品也在采用UEFI+ACPI方案的路上，看起来形势一片大好。

UEFI之所以能迅速取代传统BIOS，得益于UEFI相对传统BIOS的几大优势。

NO.1

UEFI的开发效率高

传统BIOS开发一般采用汇编语言，代码多是硬件相关的代码。而在UEFI中，绝大部分代码采用C语言编写，UEFI应用程序和驱动甚至可以使用C++编写。UEFI通过固件-操作系统接口（BS和RT服务）为OS和OS加载器屏蔽了底层硬件细节，使得UEFI上层应用可以方便重用。

NO.2

UEFI系统的可扩展性强

UEFI系统的可扩展性体现在两个方面：一是驱动的模块化设计；二是软硬件升级的兼容性。大部分硬件的初始化通过UEFI驱动实现。每个驱动是一个独立的模块，可以包含在固件中，也可以放在设备上，运行时根据需要动态加载。UEFI中每个表、每个Protocol（包括驱动）都有版本号，这使得系统的平滑升级变得简单。

NO.3

UEFI系统的性能更强

相比传统BIOS，UEFI有了很大的性能提升，从启动到进入操作系统的时间大大缩短。性能的提高源于以下几个方面：

UEFI提供了异步操作。基于事件的异步操作，提高了CPU利用率，减少了总的等待时间。
UEFI舍弃了中断这种比较耗时的操作外部设备的方式，仅仅保留了时钟中断。外部设备的操作采用“事件＋异步操作”完成。
可伸缩的遍历设备的方式，启动时可以仅仅遍历启动所需的设备，从而加速系统启动。

NO.4

UEFI系统的安全性更高

UEFI的一个重要突破就是其安全方面的考虑。当系统的安全启动功能被打开后，UEFI在执行应用程序和驱动前会先检测程序和驱动的证书，仅当证书被信任时才会执行这个应用程序或驱动。UEFI应用程序和驱动采用PE/COFF格式，其签名放在签名块中。

正因为 UEFI具有这么多优势，Arm支持UEFI自然也就顺理成章了。但目前ARM上的UEFI代码还存在一些问题，对ACPI的支持也不完善，无法自由安装通用操作系统。比如，要在 Arm 硬件上支持 Windows （WoA），目前仍有大量的工作需要做。

那么谁来完成这些工作呢？我在另一篇文章《PC 的下一波浪潮，你准备好了吗？》曾经提到，在上一波 PC 浪潮中，因为我们技术落后、起步较晚，我们已经处于很被动的地位。而在下一波 PC 浪潮（即Arm PC）中，我们再也不能袖手旁观了，我们必须义无反顾地投入到这股洪流中，学习它，体验它，参与到它的成长与壮大的过程中，这样我们才能把握它，引领它。就像马岩松所说：我不是一个旁观者，而是创造者。

这其中就包括学习UEFI，学习它的基本架构、实现方式。学好UEFI，可以加深对计算机系统的理解，可以打通知识壁垒，提高工作效率，最主要的是，可以让你实现从工程师到架构师的跨越。

幸运的是，格蠹科技创始人兼CEO张银奎老师，将在2024年初春推出一期关于UEFI编程的培训，并且已于2024年1月7号举办了一场线上直播，给大家分享了UEFI的前世今生。从与会者人数来看，大家对这个领域还是相当感兴趣的，有很多之前从事这个领域的朋友，也有很多后起之秀。

培训分６节课，都是以实战为主，以下是每节课的内容概要。

#01

UEFI跑起来

要点：下载代码、调整信息输出、构建、熟悉镜像格式、烧录、启动、接收和分析调试信息、进入UEFI图形界面和外壳环境、执行外壳命令。

#02

修改UEFI界面

要点：HII基础、定义表单、定义控件、界面和变量绑定、UEFI的配置机制（PCD）、定义PCD变量保存设置。

#03

编写UEFI应用

——PcdEdit