在 Windows 上交叉编译 AARCH64 UEFI 固件（ArmVirtQemu）

本文档记录了在 Windows 10/11 上使用 EDK2 源码和 GCC 交叉编译工具链，构建支持 Secure Boot 与 TPM 2.0 的 AARCH64 UEFI 固件（.fd）的完整流程，并使用 QEMU 验证固件启动。

1. 环境要求

1.1 工具链路径一览

C:\Tools\arm-gnu-toolchain-15.3.rel1-mingw-w64-x86_64-aarch64-none-elf\bin\ ├── aarch64-none-elf-gcc.exe # 交叉编译器 ├── aarch64-none-elf-gcc-ar.exe # 静态库归档 ├── aarch64-none-elf-objcopy.exe # 目标文件转换 └── aarch64-none-elf-ld.exe # 链接器 C:\Strawberry\c\bin\ ├── gcc.exe # Host GCC (编译 BaseTools) ├── gmake.exe # GNU Make └── nasm.exe # NASM 汇编器 C:\Program Files\Python310\python.exe # Python 3.10 C:\Program Files\qemu\ └── qemu-system-aarch64.exe # QEMU (验证用)

1.2 获取 iasl

从 ACPICA GitHub Releases 下载 Windows 预编译版本：

# 下载 iaslInvoke-WebRequest-Uri'https://github.com/user-attachments/files/21674608/iasl-win-20250807.zip'`-OutFile'iasl.zip'# 解压Expand-Archive-Path'iasl.zip'-DestinationPath'iasl_temp'# 复制到 BaseTools\Bin\Win32Copy-Item'iasl_temp\iasl.exe''E:\code\edk22508Full\BaseTools\Bin\Win32\iasl.exe'

2. 编译 EDK2 BaseTools

BaseTools 是 EDK2 的构建工具集（C 工具 + Python 脚本），需要先编译。

2.1 初始化配置文件

运行edksetup.bat生成Conf\target.txt、Conf\tools_def.txt和Conf\build_rule.txt：

cd /d E:\code\edk22508Full call edksetup.bat

如果edksetup.bat因环境问题报错，可手动从BaseTools\Conf\目录复制.template文件到Conf\目录并去掉.template后缀。

2.2 编译 BaseTools C 工具

使用 Strawberry Perl 的 GNU Make 和 GCC 编译：

cd /d E:\code\edk22508Full\BaseTools\Source\C set HOST_ARCH=X64 set CC=gcc set CXX=g++ set PYTHON_COMMAND=py -3 set PATH=C:\Strawberry\c\bin;%PATH% C:\Strawberry\c\bin\gmake.exe -j4

编译成功后，在BaseTools\Source\C\bin\下生成 12 个.exe文件：

BrotliCompress.exe DevicePath.exe EfiRom.exe GenCrc32.exe GenFfs.exe GenFv.exe GenFw.exe GenSec.exe LzmaCompress.exe TianoCompress.exe VfrCompile.exe VolInfo.exe

2.3 复制工具到 Bin\Win32

mkdir E:\code\edk22508Full\BaseTools\Bin\Win32 2>nul copy E:\code\edk22508Full\BaseTools\Source\C\bin\*.exe ^ E:\code\edk22508Full\BaseTools\Bin\Win32\

2.4 创建 GNU make 副本

EDK2 的 GCC 工具链通过GCC_HOST_BIN环境变量查找make。Strawberry Perl 提供的是gmake.exe，需要复制一份为make.exe：

copy C:\Strawberry\c\bin\gmake.exe C:\Strawberry\c\bin\make.exe

3. 配置工具链

3.1 关键环境变量

3.2 tools_def.txt 中的 GCC5 工具链

EDK2 的Conf\tools_def.txt已内置 GCC5 工具链定义，关键行：

# 工具链前缀通过环境变量设置 DEFINE GCC_HOST_PREFIX = ENV(GCC_HOST_BIN) # AARCH64 交叉编译器路径 *_GCC5_AARCH64_CC_PATH = ENV(GCC5_AARCH64_PREFIX)gcc *_GCC5_AARCH64_SLINK_PATH = ENV(GCC5_AARCH64_PREFIX)gcc-ar *_GCC5_AARCH64_DLINK_PATH = ENV(GCC5_AARCH64_PREFIX)gcc *_GCC5_AARCH64_ASM_PATH = ENV(GCC5_AARCH64_PREFIX)gcc *_GCC5_AARCH64_PP_PATH = ENV(GCC5_AARCH64_PREFIX)gcc *_GCC5_AARCH64_RC_PATH = ENV(GCC5_AARCH64_PREFIX)objcopy # Host make 路径 *_GCC5_*_MAKE_PATH = DEF(GCC_HOST_PREFIX)make

4. 构建固件

4.1 构建脚本

创建build_armvirt.bat：

@echo off setlocal set "WORKSPACE=E:\code\edk22508Full" set "EDK_TOOLS_PATH=E:\code\edk22508Full\BaseTools" set "BASE_TOOLS_PATH=E:\code\edk22508Full\BaseTools" set "EDK_TOOLS_BIN=E:\code\edk22508Full\BaseTools\Bin\Win32" set "CONF_PATH=E:\code\edk22508Full\Conf" set "PYTHON_COMMAND=py -3" set "PYTHONPATH=E:\code\edk22508Full\BaseTools\Source\Python" set "GCC5_AARCH64_PREFIX=C:\Tools\arm-gnu-toolchain-15.3.rel1-mingw-w64-x86_64-aarch64-none-elf\bin\aarch64-none-elf-" set "GCC_HOST_BIN=C:\Strawberry\c\bin\" set "NASM_PREFIX=C:\Strawberry\c\bin\" set "PATH=E:\code\edk22508Full\BaseTools\Bin\Win32;E:\code\edk22508Full\BaseTools\BinWrappers\WindowsLike;C:\Strawberry\c\bin;C:\Program Files\Python310;C:\Program Files\qemu;%PATH%" cd /d E:\code\edk22508Full build -a AARCH64 -t GCC5 -b RELEASE -p ArmVirtPkg/ArmVirtQemu.dsc ^ -D SECURE_BOOT_ENABLE=TRUE ^ -D TPM2_ENABLE=TRUE ^ -D TPM2_CONFIG_ENABLE=TRUE ^ %*

4.2 参数说明

4.3 执行构建

cd /d E:\code\edk22508Full build_armvirt.bat

构建过程约 3~15 分钟（取决于 CPU 核心数），输出如下关键信息表示成功：

Fd File Name:QEMU_EFI (...\Build\ArmVirtQemu-AARCH64\RELEASE_GCC5\FV\QEMU_EFI.fd) Fd File Name:QEMU_VARS (...\Build\ArmVirtQemu-AARCH64\RELEASE_GCC5\FV\QEMU_VARS.fd) FV Space Information FVMAIN [99%Full] 7131712 total, 7131656 used, 56 free FVMAIN_COMPACT [38%Full] 3141632 total, 1199736 used, 1941896 free - Done -

4.4 构建产物

路径：Build\ArmVirtQemu-AARCH64\RELEASE_GCC5\FV\

5. Secure Boot 与 TPM 2.0 模块说明

5.1 Secure Boot 相关模块

启用SECURE_BOOT_ENABLE=TRUE后，以下模块被编入固件：

相关 PCD：

gEfiSecurityPkgTokenSpaceGuid.PcdOptionRomImageVerificationPolicy|0x04 gEfiSecurityPkgTokenSpaceGuid.PcdFixedMediaImageVerificationPolicy|0x04 gEfiSecurityPkgTokenSpaceGuid.PcdRemovableMediaImageVerificationPolicy|0x04

5.2 TPM 2.0 相关模块

启用TPM2_ENABLE=TRUE后，以下模块被编入固件：

注意：TPM 2.0 模块已编入.fd，但实际运行需要 QEMU 提供 TPM 设备模拟（tpm-tis-device前端 +swtpm后端）。Windows 版 QEMU 不支持 TPM 后端，需在 Linux 环境验证。

6. QEMU 验证固件启动

6.1 准备 pflash 镜像

QEMUvirt机器的 pflash 设备要求 64 MB 镜像，需要将 3 MB 的QEMU_EFI.fd填充到 64 MB：

# 填充 QEMU_EFI.fd 到 64MB$content=[System.IO.File]::ReadAllBytes('...\FV\QEMU_EFI.fd')$padded=New-Objectbyte[]67108864[Array]::Copy($content,$padded,$content.Length)[System.IO.File]::WriteAllBytes('...\FV\QEMU_EFI_64M.fd',$padded)# 填充 QEMU_VARS.fd 到 64MB（可写副本）$content=[System.IO.File]::ReadAllBytes('...\FV\QEMU_VARS.fd')$padded=New-Objectbyte[]67108864[Array]::Copy($content,$padded,$content.Length)[System.IO.File]::WriteAllBytes('...\FV\QEMU_VARS_64M.fd',$padded)

6.2 启动 QEMU

qemu-system-aarch64.exe ^ -machine virt ^ -cpu cortex-a57 ^ -m 512 ^ -nographic ^ -drive if=pflash,format=raw,file=QEMU_EFI_64M.fd,readonly=on ^ -drive if=pflash,format=raw,file=QEMU_VARS_64M.fd ^ -net none

6.3 预期输出

固件正常启动时，串口输出如下：

UEFI firmware (version built at 12:13:16 on Jul 27 2026) BdsDxe: No bootable option or device was found. BdsDxe: Press any key to enter the Boot Manager Menu.

按任意键后进入 Boot Manager 菜单：

Please select boot device: EFI Firmware Setup ^ and v to move selection ENTER to select boot device ESC to exit

这表明固件从 SEC → PEI → DXE → BDS 全流程正常执行。

7. 常见问题

Q1:make tbuild失败，提示 “Unable to open makefile”

原因：系统 PATH 中的 Embarcaderomake.exe优先于 GNU make。

解决：复制 Strawberry Perl 的gmake.exe为make.exe，并确保GCC_HOST_BIN指向C:\Strawberry\c\bin\。

Q2:iasl未找到

原因：RamDiskDxe 等模块需要 iasl 编译 ACPI 表。

解决：从 ACPICA GitHub Releases 下载iasl-win-*.zip，解压后将iasl.exe放入BaseTools\Bin\Win32\。

Q3:HOST_ARCH is not defined

原因：BaseTools 的header.makefile无法自动检测 host 架构。

解决：编译时显式传入set HOST_ARCH=X64。

Q4: Pccts/antlr 编译失败（ccnot found）

原因：Pccts 的 makefile 默认使用cc而非gcc。

解决：编译时设置set CC=gcc和set CXX=g++。

Q5: QEMU 报错 “requires 67108864 bytes, pflash0 provides 3145728 bytes”

原因：QEMUvirt机器的 pflash 设备要求 64 MB 镜像。

解决：用零字节将.fd文件填充到 64 MB（见第 6.1 节）。

Q6: QEMU 不支持 TPM（-tpmdev: invalid option）

原因：QEMU 在 Windows 平台上不支持 TPM 后端（meson.build中限制host_os != 'windows'）。

解决：固件端 TPM 2.0 模块已编入.fd。如需验证 TPM 功能，需在 Linux 环境使用 QEMU + swtpm。

8. 目录结构参考

E:\code\edk22508Full\ ├── ArmVirtPkg\ # ArmVirt 平台包 │ ├── ArmVirtQemu.dsc # 平台描述文件（构建入口） │ ├── ArmVirtQemu.fdf # Flash 描述文件（FD 布局） │ └── ArmVirtQemuFvMain.fdf.inc # FVMAIN 内容定义 ├── BaseTools\ │ ├── Bin\Win32\ # 编译后的 C 工具 + iasl.exe │ ├── Source\C\ # C 工具源码 │ └── Source\Python\ # build 系统 Python 脚本 ├── Conf\ │ ├── target.txt # 构建目标配置 │ ├── tools_def.txt # 工具链定义 │ └── build_rule.txt # 构建规则 ├── Build\ │ └── ArmVirtQemu-AARCH64\ │ └── RELEASE_GCC5\ │ ├── AARCH64\ # 编译中间产物 │ └── FV\ │ ├── QEMU_EFI.fd # ★ 主固件 (3MB) │ └── QEMU_VARS.fd # ★ 变量存储 (768KB) └── build_armvirt.bat # 一键构建脚本

增加一张带有电池功能的截图，看起来Windows On ARM的还可以