ARM系統(tǒng)預(yù)引導(dǎo)固件的新機遇- UEFI

ARM處理器已經(jīng)在智能手機市場占主導(dǎo)地位，并越來越成為整個嵌入式領(lǐng)域的主流。最近，ARM處理器也進軍服務(wù)器領(lǐng)域，追求計算連續(xù)性。

然而，歷史上，ARM系統(tǒng)沒有一個預(yù)引導(dǎo)固件的標準。這使得每個設(shè)計都有自己獨特的與所引導(dǎo)的操作系統(tǒng)緊密結(jié)合的模式。這種傳統(tǒng)的方法意味著固件開發(fā)者必須保持完全不同的代碼庫，即使系統(tǒng)可能使用的外圍設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)，SATA接口，USB控制器等）和整個設(shè)計功能集是相同的。傳統(tǒng)的ARM設(shè)計依賴諸如UBoot，Redboot，或?qū)Ｓ熊浖榆浖?br />
如何有效地開發(fā)生產(chǎn)這些產(chǎn)品來滿足快捷上市需求已成為一個挑戰(zhàn)。很有必要用某種形式的融合固件基礎(chǔ)設(shè)施來實現(xiàn)代碼重用的最大化，使這些產(chǎn)品可在有限的工程資源條件下實現(xiàn)更快推上市場，并同時添加創(chuàng)新功能。

統(tǒng)一可擴展固件接口（UEFI）對ARM系統(tǒng)的預(yù)引導(dǎo)固件是一個新機遇。 UEFI負責(zé)定義操作系統(tǒng)和系統(tǒng)固件之間以及固件驅(qū)動程序和系統(tǒng)固件之間的接口。此外，UEFI的平臺初始化（PI）負責(zé)定義固件到芯片之間和固件內(nèi)部的接口。 UEFI是處理器架構(gòu)無關(guān)。

ARM公司，蘋果，惠普和微軟的專家們一起確定了UEFI的ARM綁定。這樣，使用UEFI就可以最大限度地實現(xiàn)不同設(shè)計間的代碼重用，包括那些使用不同的處理器架構(gòu)的設(shè)計。

歷史

在UEFI之前，有EFI（可擴展固件接口）。EFI最初創(chuàng)立于1998年，為的是讓使用英特爾安騰處理器的系統(tǒng)擺脫BIOS對設(shè)計大型計算機的束縛，例如，BIOS對原有8259中斷控制器的依賴，僅有64K的IO端口空間，僅有192K的OptionROM執(zhí)行空間，單一的PCI段組。所有這些都影響系統(tǒng)的可擴展性。我們也預(yù)見到將要遇到的2.2TB主引導(dǎo)記錄（MBR）硬盤驅(qū)動器分區(qū)限制，并定義了新的GUID分區(qū)表（GPT）格式。

在擺脫束縛的同時，EFI還采用了一個模塊化的，靈活的可擴展體系結(jié)構(gòu)，并使用高層次的編程語言。創(chuàng)建EFI時就考慮到它應(yīng)與處理器架構(gòu)無關(guān)，當(dāng)時就支持安騰，x86和一個與處理器無關(guān)的字節(jié)代碼，叫EFI字節(jié)代碼（EBC）。

EFI是一個英特爾公司擁有的規(guī)范定義操作系統(tǒng)和系統(tǒng)固件之間，以及設(shè)備引導(dǎo)驅(qū)動程序和系統(tǒng)固件之間的接口。英特爾還創(chuàng)建了“框架”來定義系統(tǒng)固件內(nèi)部接口以使EFI的實現(xiàn)進一步模塊化。

2005年，計算機行業(yè)決定組建UEFI論壇來規(guī)范EFI和“框架”所涵蓋的接口。英特爾貢獻了EFI和“框架”規(guī)范給UEFI論壇作為新的起點。名稱從EFI變?yōu)閁EFI（U為統(tǒng)一的縮寫）標志著定義、推廣和使用的任務(wù)從此落在業(yè)界的肩膀上。

Figure 1: The UEFI Forum

由UEFI論壇定義的第一個規(guī)范（UEFI 2.0）在AMD和英特爾的幫助下定義了x64處理器的綁定。 “框架”也演變成了平臺初始化（PI）規(guī)范。UEFI的ARM綁定作為UEFI 2.3規(guī)范的一部分于2009年公布。

開源社區(qū)“tianocore.org”于2004年開始，采用BSD許可證。隨著ARM綁定的公布，蘋果和惠普向tianocore.org貢獻了UEFI的參考實現(xiàn)，其中對Beagle Board（beagleboard.org）的一個實現(xiàn)，使硅片供應(yīng)商可為他們的硬件提供UEFI的驅(qū)動程序。 ARM公司近日貢獻了使用Cortex A9 多核處理器的Versatile Express參考平臺的核心代碼，以及

· 修復(fù)了ARM GCC工具鏈的構(gòu)建環(huán)境

· ARM的RealView仿真底板代碼的更新

· 新的包含ARM參考平臺通用組件的ArmPlatformPkg

· 支持TrustZone控制器

· 支持多核

· 支持PL18x MMC卡控制器

· 一個特制的啟動設(shè)備選擇BDS庫以支持直接啟動Linux

有關(guān)在ARM上實現(xiàn)UEFI的優(yōu)越性和UEFI論壇組織結(jié)構(gòu)的詳細說明，請見下回分解。
現(xiàn)在我將探討它，特別是在ARM的系統(tǒng)上的優(yōu)越性。我也會更詳細地描述UEFI論壇的組織結(jié)構(gòu)。

優(yōu)越性

盡管現(xiàn)有的ARM預(yù)引導(dǎo)固件并沒有BIOS的束縛，使用UEFI標準對ARM預(yù)引導(dǎo)固件仍有很多優(yōu)越性。 OEM / ODM廠商一直在試圖降低開發(fā)成本。代碼共享是在預(yù)引導(dǎo)固件領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)這目標的一種方式。

ARM和x86都注重計算連續(xù)性，UEFI不僅使得在ARM產(chǎn)品之間或在x86產(chǎn)品之間代碼共享，還可以讓代碼在不同處理器架構(gòu)的產(chǎn)品之間共享。產(chǎn)品可以共享外圍設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)，SATA，USB控制器等），以及眾多的設(shè)計功能集。

圖2顯示了從x86到ARM的一個移植有99.42％的代碼不需要更改。