BIOS是一組固化到計算機內(nèi)主板上一個ROM芯片上的程序，它保存著計算機最重要的基本輸入輸出的程序、開機后自檢程序和系統(tǒng)自啟動程序，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實現(xiàn)原理與結(jié)構(gòu)分析。

 　　摘 要:文章簡單介紹了傳統(tǒng)BIOS的實現(xiàn)方法、發(fā)展過程和存在的問題，通過對比傳統(tǒng)BIOS和UEFI BIOS的特點，詳細敘述了UEFI BIOS的實現(xiàn)原理和技術(shù)優(yōu)勢，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)是計算機系統(tǒng)中連接軟、硬件的關(guān)鍵組件，一般存儲在非易失性存儲單元中，它為計算機提供最底層的、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保存著計算機最重要的基本輸入輸出程序、開機自檢程序和系統(tǒng)啟動程序，主要負責檢測、初始化和配置硬件并對操作系統(tǒng)進行引導。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帶來的操作系統(tǒng)修改與軟硬件兼容問題，用戶還能通過BIOS對各個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)變得越來越復雜，對BIOS的要求也越來越高，用戶期待計算機能具有更便捷的管理功能，希望在進入系統(tǒng)前就能通過BIOS對系統(tǒng)進行查毒殺毒、備份恢復、遠程維護等操作，而傳統(tǒng)BIOS(legacy BIOS)的缺陷使得它無法滿足用戶的需求，其弊端主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

　　(1)采用16 位編碼、運行在實模式下，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;

　　(3)采用匯編語言編碼，開發(fā)人員編寫代碼的體驗差、過程復雜，編寫的BIOS程序擴展性和可維護性差;

　　(4)會對所有可識別的掛載設(shè)備加載驅(qū)動，因此減慢了系統(tǒng)的啟動速度。

　　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

　　針對傳統(tǒng)BIOS的諸多弊端，2000年，Intel推出可擴展固件接口(EFI，Extensible Firmware Interface)規(guī)范;2005年，統(tǒng)一的可擴展固定接口(UEFI，Unified Extensible Firmware Interface)論壇成立。UEFI推出之前，所有平臺的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提供了標準化的接口規(guī)范，相比于傳統(tǒng)BIOS，它具有以下特點：

　　(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)計和C語言編寫代碼編寫驅(qū)動和程序，比傳統(tǒng)BIOS更容易實現(xiàn)容、糾錯，有效縮短了系統(tǒng)研發(fā)時間;

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

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

　　(5)通過UEFI shell為用戶提供了一個命令行處理環(huán)境(命令解析器)，用戶可以通過UEFI shell導入用戶自定義的驅(qū)動和應(yīng)用程序且不影響固件核心程序。通過自定義的驅(qū)動和應(yīng)用程序，用戶可以進行硬件檢測、遠程引導及配置，可以脫離操作系統(tǒng)進行啟動和磁盤管理，有效提升了系統(tǒng)引導速度，增強了計算機系統(tǒng)的擴展性。

　　3 UEFI結(jié)構(gòu)分析

　　Intel? EFI 平臺創(chuàng)新架構(gòu)(The Intel? Platform Innovation Framework for EFI)是基于EFI的完整的平臺固件解決方案，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)、平臺驅(qū)動、框架驅(qū)動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)負責與硬件直接交互，EFI對硬件參數(shù)的定義通過協(xié)議結(jié)構(gòu)進行傳遞。在實際執(zhí)行時，UEFI在系統(tǒng)啟動后通過協(xié)議架構(gòu)將參數(shù)傳送給硬件確定工作狀態(tài);平臺驅(qū)動和框架驅(qū)動是UEFI擴展功能運行的基礎(chǔ)，它們?yōu)镋FI的實際執(zhí)行提供完整的支撐;兼容支持模塊可以在16位實模式下啟動計算機以及訪問擴展設(shè)備的ROM，保證非EFI硬件也能在EFI平臺中兼容使用;UEFI OS Loader相當于UEFI的操作系統(tǒng)部分，負責引導UEFI系統(tǒng)本身或引導Windows等操作系統(tǒng)的啟動;Pre-boot Application相當于擴展的應(yīng)用程序部分。

　　硬件平臺和OS之間是采用了EFI技術(shù)的固件UEFI。UEFI 降低了OS對硬件平臺的依賴，在要進行擴展時只需在框架中加入相應(yīng)的功能模塊，并不會對OS的引導產(chǎn)生影響。UEFI固件分為處理器抽象層PAL、系統(tǒng)抽象層SAL和可擴展固件接口三層，EFI驅(qū)動、應(yīng)用程序和OS通過啟動時服務(wù)(Boot Service)和運行時服務(wù)(Runtime Service)對資源進行管理與調(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

　　為了實現(xiàn)更多的擴展功能，UEFI需要額外的存儲空間，因此UEFI BIOS不再被存放在主板的只讀存儲器中，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)動和應(yīng)用程序文件也存在被病毒或木馬篡改或刪除的風險，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EFI驅(qū)動和應(yīng)用程序的安全性，將是未來UEFI技術(shù)研究的一個重要方向。

　　相關(guān)期刊簡介：《現(xiàn)代電信科技》辦刊宗旨：立足我國電信事業(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、電信運營與管理人士提供國內(nèi)外電信科技的前沿信息，把握方向、遠近結(jié)合，重在技術(shù)內(nèi)容的超前性、指導性與實用性，促進中國通信現(xiàn)代化。