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統(tǒng)一可擴展固件接口（英語：Unified Extensible Firmware Interface，縮寫UEFI）是一種個人電腦系統(tǒng)規(guī)格，用來定義操作系統(tǒng)與系統(tǒng)固件之間的軟件界面，作為BIOS的替代方案?？蓴U展固件接口負責加電自檢（POST）、聯(lián)系操作系統(tǒng)以及提供連接操作系統(tǒng)與硬件的接口。
UEFI的前身是Intel在1998年開始開發(fā)的Intel Boot Initiative，后來被重命名為可擴展固件接口（Extensible Firmware Interface，縮寫EFI）。Intel在2005年將其交由統(tǒng)一可擴展固件接口論壇（Unified EFI Forum）來推廣與發(fā)展，為了凸顯這一點，EFI也更名為UEFI（Unified EFI）。UEFI論壇的創(chuàng)始者是11家知名電腦公司，包括Intel、IBM等硬件廠商，軟件廠商Microsoft，及BIOS廠商AMI、Insyde及Phoenix。

UEFI在概念上非常類似于一個低階的操作系統(tǒng)，并且具有操控所有硬件資源的能力。不少人感覺它的不斷發(fā)展將有可能代替現(xiàn)代的操作系統(tǒng)。事實上，EFI的締造者們在第一版規(guī)范出臺時就將EFI的能力限制于不足以威脅操作系統(tǒng)的統(tǒng)治地位。首先，它只是硬件和預啟動軟件間的接口規(guī)范；其次，UEFI環(huán)境下不提供中斷的機制，也就是說每個EFI驅(qū)動程序必須用輪詢（polling）的方式來檢查硬件狀態(tài)，并且需要以解釋的方式運行，較操作系統(tǒng)下的機械碼驅(qū)動效率更低；再則，UEFI系統(tǒng)不提供復雜的緩存器保護功能，它只具備簡單的緩存器管理機制，具體來說就是指運行在x64或x86處理器的64位模式或保護模式下，以最大尋址能力為限把緩存器分為一個平坦的段（Segment），所有的程序都有權(quán)限訪問任何一段位置，并不提供真實的保護服務(wù)。當UEFI所有組件加載完畢時，便會啟動操作系統(tǒng)的啟動程序，如果UEFI固件內(nèi)置EFI Shell，也可以啟動EFI Shell命令提示（部分UEFI固件內(nèi)置EFI Shell），在這里，用戶可以調(diào)入執(zhí)行EFI應(yīng)用程序，這些EFI程序可以是OEM提供的硬件檢測軟件，OEM提供的備份軟件，引導管理軟件，操作系統(tǒng)的啟動程序等等，也可以加載EFI分區(qū)（ESP）中的EFI驅(qū)動程序（如文件系統(tǒng)驅(qū)動程序）。EFI應(yīng)用程序和EFI驅(qū)動程序可以是PE格式的.efi文件，可用C語言編寫。在UEFI引導模式下，操作系統(tǒng)的啟動程序也是EFI應(yīng)用程序，啟動程序的EFI文件存儲在EFI系統(tǒng)分區(qū)（ESP）上。理論上來說，對于EFI應(yīng)用程序的功能并沒有任何限制，任何人都可以編寫這類軟件，并且效果較以前MS-DOS下的軟件更華麗，功能更強大。一旦引導軟件將控制權(quán)交給操作系統(tǒng)，所有用于引導的服務(wù)代碼將全部停止工作，部分運行時，代服務(wù)程序還可以繼續(xù)工作，以便于操作系統(tǒng)一時無法找到特定設(shè)備的驅(qū)動程序時，該設(shè)備還可以繼續(xù)被使用。
UEFI固件區(qū)分架構(gòu)，在UEFI引導模式下，通常只能運行特定架構(gòu)的UEFI操作系統(tǒng)和特定架構(gòu)的EFI應(yīng)用程序（EBC程序除外）。比如，采用64位UEFI固件的PC，在UEFI引導模式下只能運行64位操作系統(tǒng)啟動程序；而在Legacy引導模式（即BIOS兼容引導模式）下，通常不區(qū)分操作系統(tǒng)的比特數(shù)，既可以運行16位的操作系統(tǒng)（如DOS），也可以運行32位或64位的操作系統(tǒng)，和BIOS一樣。 [2]

UEFI 定義了操作系統(tǒng)和平臺固件之間的借口，它是 UEFI Forum 發(fā)布的一種標準。

UEFI 提供給操作系統(tǒng)的借口包括啟動服務(wù)（BS）和運行時服務(wù)（RT）以及隱藏在 BS 之后豐富的 Protocol。

啟動服務(wù)：主要服務(wù)對象是操作系統(tǒng)加載器以及其他 UEFI 應(yīng)用程序和 UEFI 驅(qū)動。操作系統(tǒng)加載器通過啟動服務(wù)逐步取得對整個計算機系統(tǒng)資源的控制。當加載器完全控制計算機軟硬件資源后，系統(tǒng)結(jié)束啟動服務(wù)，進入運行時。啟動服務(wù)主要包括：事件服務(wù)、內(nèi)存管理、Protocol 管理、Protocol 使用類服務(wù)、驅(qū)動管理、Image 管理、ExitBootServices 服務(wù)。

運行時服務(wù)：主要服務(wù)對象是操作系統(tǒng)、操作系統(tǒng)加載器以及 UEFI 應(yīng)用和 UEFI 驅(qū)動。運行時服務(wù)主要包括：時間服務(wù)、讀寫 UEFI 系統(tǒng)變量服務(wù)、虛擬內(nèi)存服務(wù)、重啟系統(tǒng)服務(wù)。

UEFI 的優(yōu)點：

可以使用 C++ 編寫，提高開發(fā)效率。
驅(qū)動的模塊化設(shè)計和軟硬件升級的兼容性，每個表、Protocol 都有版本號，易于升級。
基于事件的異步操作，提高 CPU 利用率；舍棄中斷，僅保留時鐘中斷。
先檢測程序和驅(qū)動的證書，提高安全性。
UEFI 系統(tǒng)從加電到關(guān)機可分為七個階段：

SEC（安全驗證）->PEI（EFI前期初始化）->DXE（驅(qū)動執(zhí)行環(huán)境）->BDS（啟動設(shè)備選擇）->TSL（操作系統(tǒng)加載前期）->RT（Run Time）->AL（系統(tǒng)災(zāi)難恢復期）

其中前三個階段是 UEFI 初始化階段，DXE 階段結(jié)束后 UEFI 環(huán)境已經(jīng)準備完畢。BDS 和 TSL 是操作系統(tǒng)加載器作為 UEFI 應(yīng)用程序運行階段。

SEC 階段
SEC（Security Phase）階段是平臺初始化的第一個階段。

SEC 階段功能
UEFI 系統(tǒng)開機或重啟進入 SEC 階段，它執(zhí)行以下四種任務(wù)：

接收并處理系統(tǒng)啟動和重啟信號：系統(tǒng)加電信號、系統(tǒng)重啟信號、系統(tǒng)運行過程中的嚴重異常信號。
初始化臨時存儲區(qū)域：在 SEC 階段時，僅 CPU 和其內(nèi)部（SOC）資源被初始化，外圍設(shè)備和內(nèi)存均為初始化，因此需要臨時 RAM 區(qū)域。臨時 RAM 初始化之后才能進入 SEC 的入口函數(shù)。
作為可信系統(tǒng)的根：SEC 能被系統(tǒng)信任，之后的各個階段才有被信任的基礎(chǔ)。
傳遞系統(tǒng)參數(shù)給下一階段（PEI）：需將如下信息作為參數(shù)傳遞給 PEI 的入口函數(shù)：系統(tǒng)當前狀態(tài)、可啟動固件的地址和大小、臨時 RAM 區(qū)域的地址和大小、棧的地址和大小。
SEC 階段執(zhí)行流程
以臨時 RAM 初始化為界，SEC 的執(zhí)行有分為兩大部分：臨時 RAM 生效之前稱為 Reset Vector 階段，臨時 RAM 生效后調(diào)用 SEC 入口函數(shù)從而進入 SEC 功能區(qū)。

其中 Reset Vector 的執(zhí)行流程如下：1.進入固件入口。2.從實模式轉(zhuǎn)換到32位平坦模式。3.定位固件中的 BFV（Boot Firmware Volume）。4.定位 BFV 中的 SEC 映像。5.若是64位系統(tǒng)，從32位模式轉(zhuǎn)換到64位模式。6.調(diào)用 SEC 入口函數(shù)。

PEI 階段
PEI（Pre-EFI Initialization）主要功能是為 DXE 準備執(zhí)行環(huán)境，將需要傳遞到 DXE 的信息組成 HOB(Handoff Block)列表，最終將控制權(quán)轉(zhuǎn)交給 DXE。

從功能上講，PEI 可分為以下兩部分：

PEI 內(nèi)核：負責 PEI 基礎(chǔ)服務(wù)和流程。
PEIM 派遣器：找出系統(tǒng)中所有 PEIM，并根據(jù) PEIM 之間的依賴關(guān)系按順序執(zhí)行 PEIM。
PEI 執(zhí)行流程.jpg
PEIM 之間的通信通過 PPI（PEIM-to-PEIM Interfaces）完成。PPI 與 DXE 階段的 Protocol 類似，每個 PPI 是一個結(jié)構(gòu)體，包含了函數(shù)指針和變量。

UEFI 的一個重要特點是其模塊化設(shè)計。模塊載入內(nèi)存后生成 Image。PEI 也是一個模塊，PEI Image 的入口函數(shù)為 _ModuleEntryPoint，它最終調(diào)用 PEI 模塊的入口函數(shù) PeiCore。進入 PeiCore 后，首先根據(jù)從 SEC 階段傳入的信息設(shè)置 Pei Core Services，然后調(diào)用 PeiDispatcher 執(zhí)行系統(tǒng)中的 PEIM，當內(nèi)存初始化后，系統(tǒng)立即進行棧切換并重新進入 PeiCore。

DXE 階段
DXE（Driver Execution Environment）階段執(zhí)行大部分系統(tǒng)初始化工作，執(zhí)行流程如下圖所示：

DXE 執(zhí)行流程.jpg
從功能上講，DXE 可分為以下兩部分：

DXE 內(nèi)核：負責 DXE 基礎(chǔ)服務(wù)和執(zhí)行流程。
DXE 派遣器：負責調(diào)度執(zhí)行 DXE 驅(qū)動，初始化系統(tǒng)設(shè)備。
DXE 提供的基礎(chǔ)服務(wù)包括系統(tǒng)表、啟動服務(wù)、Run Time Services。

DXE 驅(qū)動之間通過 Protocol 通信。Protocol 是一種特殊的結(jié)構(gòu)體，每個 Protocol 對應(yīng)一個 GUID，利用系統(tǒng) BootServices 的 OpenProtocol，并根據(jù) GUID 來打開對應(yīng)的 Protocol，進而使用這個 Protocol 提供服務(wù)。

BDS 階段
BDS（Boot Device Selection）的主要功能是執(zhí)行啟動策略，主要功能包括：

初始化控制臺設(shè)備。
加載必要的設(shè)備驅(qū)動。
根據(jù)系統(tǒng)設(shè)置加載和執(zhí)行啟動項。
如果加載啟動項失敗，系統(tǒng)將重新執(zhí)行 DXE dispatcher 來加載更多的驅(qū)動，然后重新嘗試加載啟動項。

TSL 階段
TSL（Transient System Load）是操作系統(tǒng)加載器（OS Loader）執(zhí)行的第一階段。該階段內(nèi) OS Loader 作為 UEFI 的應(yīng)用程序運行，系統(tǒng)資源仍由 UEFI 內(nèi)核控制。

TSL 階段的目的是為 OS Loader 準備執(zhí)行環(huán)境，具備操作系統(tǒng)的雛形，UEFI Shell 是這個檁式系統(tǒng)的人機交互界面，正常情況下不會進入。

RT 階段
RT（Run Time）階段，系統(tǒng)的控制權(quán)從 UEFI 內(nèi)核轉(zhuǎn)到 OS Loader，UEFI 占用的各種資源被回收到 OS Loader。

AL 階段
AL（After Life）階段，如果系統(tǒng)在 RT 階段遇到災(zāi)難性錯誤，就會進入 AL 階段，系統(tǒng)固件提供錯誤處理和災(zāi)難恢復機制。