（计算机应用技术专业论文）linux环境下duet平台引导程序设计与实现.pdf

j c l a s s i f i e di n d e x ： u d c ： l i l ll lillu lli i ii i ii i l y 18 0 8 4 9 2 d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fd u e t t 1t1n l o a d e ru n d e rl l n u xe n v l r o n m e n t c a n d i d a t e ： g u i ，k u n s u p e r v i s o r ：p r o f g ug u o c h a n g a c a d e m i cd e g r e ea p p l i e df o r ：m a s t e ro fe n g i n e e r i n g s p e c i a l i t y ：c o m p u t e ra p p l i e dt e c h n o l o g y d a t eo fs u b m i s s i o n ：j a n u a r y , 2 010 d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n ： m a r c h ，2 010 u n i v e r s i t y ：h a r b i ne n g i n e e r i n gu n i v e r s i t y 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由 作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在 文中指出，并与参考文献相对应。除文中己注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体己经公开发表的作品成果。对 本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：二妒 ， 、 日期：功- o 年毒月6 日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程 大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人 允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进 行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位 论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨 工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文( 口在授予学位后即可回在授予学位1 2 个月后口解 密后) 由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者( 签字) ：多弋导师( 签字) ：辛；曰呙 日期：翻。年刍月i b 日2 oio 年3 月i 苫日 哈尔滨t 稃大学硕十学位论文 摘要 u n i f i e de x t e n s i b l ef i r m w a r ei n t e r f a c e ( u e f i ) 是由i n t e l 提出的下一代计 算机固件接口标准。旨在糅合现代软件工程思想以及设计方法，构建出一个 灵活、健壮、易扩展、可重用、方便开发和维护的固件开发框架。i n t e l 在u e f i 框架的基础上，通过开源社区提供了一套u e f i 开发包( e d k , e d k 2 ) 及多 种u e f i 模拟平台的实现样例。d u e t 平台包含在u e f i 开发包中，是一种不 同于其它运行在操作系统层次上模拟平台的u e f i 模拟平台，其明显的特点 是再封装传统b i o s 产生的a c p i 表中的各种函数及系统调用、形成u e f i f r a m e w o r k 所需要的各种系统接口，从而运行在实际硬件平台之上。针对其 特点，该模拟平台的设计和实现充分的重用了e d k 2c o r e 中的l i b r a r y 以及 m o d u l e ，以便在最大程度上简化代码和工作量。 本文主要研究了d u e t 平台引导程序的功能，设计思路及实现方法。讨、 论了d u e t 平台和基于u e f if r a m e w o r k 的平台之间的区别与联系。然后展 开讨论了基于m b r 和g p t 的b o o ts e c t o r 的设计、如何实现相关工具将b o o t s e c t o r 写入到启动介质的相关扇区、同时提出了如何编写s h e l ls c r i p t 及编译 工具编译整个工程。 本文深入描述了从传统b i o s 启动完成之后跳转到d u e t 平台引导程序 执行启动介质的b o o ts e c t o r 、跳转保护模式、解压缩需要执行的d x e 镜像， 并准备d x e 镜像所执行的m e m o r y 、s t a c k 并以h o b 的方式传递给d x e e n t r y p o i n t 。分析了整个d u e t 平台的内存映射、以及d x e l p l 和e f il o a d e r 的实现方式及如何重用传统b i o s 提供的系统调用。 关键词：u e f i ；e d k 2 ：d u e t ：引导程序；b o o ts e c t o r 一 哈尔滨t 稃大学硕十学位论文 a b s t r a c t u n i f i e de x t e n s i b l ef i r m w a r ei n t e r f a c e ( u e f i ) i st h en e x tg e n e r a t i o ns t a n d a r d o fc o m p u t e rf i r m w a r er a i s e db yi n t e l m i x e dm o d e ms o f t w a r ee n g i n e e r i n gi d e a a n dd e s i g nm e t h o d ，e s t a b l i s ha f l e x i b l e ，r o b u s t ，e a s i l ye x t e n s i b l e ，r e u s a b l e ， c o n v e n i e n c ef i r m w a r ed e v e l o p m e n tf r a m e w o r kf o rd e v e l o p m e n t & m a i n t a i n b a s e do nt h eb a s i so fu e f if r a m e w o r k ，i n t e lp r o v i d e sas u i to fu e f ie x t e n s i b l e d e v e l o p m e n tk i t ( e d k ，e d k 2 ) a n dc o u p l e so f u e f ie m u l a t i o np l a t f o r ms a m p l e i m p l e m e n t a t i o na c c o r d i n gt oo p e ns o u r c ef o r u m d u e tp l a t f o r mi n c l u d e db y e d k & e d k 2 ，i sa nu e f ie m u l a t i o np l a t f o r md i f f e r e n tw i t hw h i c hr u n n i n go v e r o p e r a t i o ns y s t e ml e v e lp l a t f o r m s ，o b v i o u sf e a t u r ei sr e e n c a p s u l a t e t h es y s t e m c a l l sa n df u n c t i o n sg e n e r a t e db yl e g a c yb i o s ，t of o r mu e f if r a m e w o r ks y s t e m i n t e r f a c e sf o rs a t i s f yt h er e q u i r e m e n ts oa st or u no nr e a lp l a t f o r m t op o i n t a g a i n s t t h i sf e a t u r e ，d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h ee m u l a t i o np l a t f o r mf u l l r e u s el i b r a r ya n dm o d u l e so fe d k 2c o r et os i m p l i f yt h ec o d ea n dw o r k l o a di n t h ew h o l eh o g t h i st h e s i sm a i n l yf o c u so nr e s e a r c h i n gt h ef u n c t i o n a l i t y 、d e s i g nl a y o u ta n d i m p l e m e n t a t i o nm e t h o d i td i s c u s s e dt h ed i f f e r e n c e sa n dr e l a t i o n s h i po fd u e t p l a t f o r mw i t hu e f if r a m e w o r ka n dt h e nb o o ts e c t o rb a s e do nm b r o rg p t , t h e t o o lf o rw r i t eb o o ts e c t o ri n t os p e c i f ys e c t o ri nt h eb o o tm e d i a , a n ds i m p l yf o r w r i t es h e l ls c r i p ta n db u i l dt o o l st oc o m p i l et h ew h o l ep r o j e c t t h e s i sa l s od e s c r i b e dh o wt oj u m pt od u e tl o a d e ra f t e rl e g a c yb i o s f i n i s h e dt oe x e c u t ec o d ei nb o o ts e c t o r , s w i t c hi n t op r o t e c t e dm o d e ，d e c o m p r e s s d x ei m a g ea n dp r e p a r et h em e m o r y , s t a c kt h e np a s s e dt od x ee n t r y p o i n ta s h o br e q u i r e db yd x ei m a g ef o re x e c u t e a n a l y z e dt h em e m o r yl a y o u to fd u e t p l a t f o r ma n dt h em e t h o do fd x e i p la n de f il o a d e r si m p l e m e n t a t i o n ，h o wt o r e u s et h es y s t e mc a l l so fl e g a c yb i o sa c c o r d i n gt oa c p it a b l e k e yw o r d s ：u e f i ；e d k 2 ；d u e t ；l o a d e r ；b o o ts e c t o r 哈尔滨t 稃大学硕七学位论文 目录 第1 章绪论l 1 1 课题研究背景”1 1 2 国内外研究现状”2 1 3 课题主要研究内容2 1 4 论文组织结构”4 第2 章d u e t 平台分析6 2 1u e f if r a m e w o r k ”6 2 2d u e tf r a m e w o r k 7 2 3 启动流程8 2 3 1u e f i 启动流程9 2 3 2d u e t 启动流程“1o 2 4d u e t 与u e f if i r m w a r e 的异同”12 2 5 本章小结1 3 第3 章d u e t 平台引导程序的设计1 5 3 1 磁盘分区表l5 3 1 1m a i nb o o tr e c o r d “1 6 3 1 2g u i d e dp a r t i t i o nt 2 l b l e ”18 3 2l z m a 压缩2 0 3 3g n u g e n b o o t s e c t o r 2 2 3 4b u i l ds h e l ls c r i p t 2 2 3 4 1p o s tb u i l d 2 2 3 4 2c r e a t eb o o td i s k 2 3 3 5a c p i ”2 4 3 6 平台模块划分2 8 3 7 内存映射2 9 3 8 本章小结3 2 一 哈尔滨t 稃大学硕十学位论文 第4 章d u e t 平台引导程序的实现”3 4 4 1b o o ts e c t o r 3 4 4 1 1b i o sp a r a m e t e rb l o c k 的实现3 4 4 1 2 查找e f i l d r 3 5 4 1 3 查找e f i v 打3 6 4 2e f il o a d e r 3 7 4 2 1 跳转保护模式3 7 4 2 2 中断向量表3 9 4 2 3 执行e f il o a d e r 4 0 4 3d x e p l 4 5 4 4 实验结果与分析4 8 4 4 1 实验环境及工具”4 8 4 4 2 过程及结果分析4 8 4 5 本章小结5 0 结论5l 参考文献5 3 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果5 5 致i 射”5 6 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 1 1 课题研究背景 第1 章绪论 u n i f i e de x t e n s i b l ef i r m w a r ei n t e r f a c e ( u e f i ) 是下一代计算机固件接口 标准【l 】。u e f i 采用面向对象的方法进行设计，用模块化的方法组织驱动及应 用程序，模块间以标准的协议进行通信。u e f i 旨在替代b i o s ，成为能够利 用高级语言以及现代软件工程方法的下一代固件接口。 d u e t ( d e v e l o p e r su e f ie m u l a t i o n ) 平台的是i n t e l 为了方便u e f i 开发 人员进行u e f i 驱动程序及应用程序开发和调试而开发的一种基于硬件环境 的u e f i 模拟平台。基于u e f i 平台架构的d u e t 平台提供了一种在传统b i o s 环境下可以进行引导、加载的u e f i 环境。其可以在安装有传统b i o s 的基于 i a 3 2 或者认6 4 架构的实际平台上运行，也可以在q e m u 、b o c h s 、v m w a r e 等虚拟机上运行。从而使得基于u e f ib i o s 的驱动和应用程序的开发可以不 必要使用具有调试和烧写接口的主板平台，大大的方便了u e f i 驱动及应用 程序的开发和调试工作。 而引导程序则是d u e t 平台最基本也是架构最重要的部分。负责在传统 b i o s 生命周期结束之时，接管整个系统平台，加载引导介质中位于m b r 上 针对d u e t 平台所需的代码并运行。为u e f i 环境的建立起到一个承上启下 的关键作用。图1 1 为d u e t 平台的一个整体概况。 僦嚣一。垒蟊一 图1 1d u e t 平台整体概况 可以看出，d u e t 平台运行在没有u e f i 环境的硬件平台上，通过启动 哈尔滨t 程大学硕十学佗论文 引导介质( 包括软盘、u 盘、硬盘等) 构建出一个u e f i 的环境、一个可与 用户进行交互的s h e l l ，以及一些脚本和工具。 ， 1 2 国内外研究现状 j 目前针对u e f i 框架的模拟平台，直接在硬件平台上运行的只有i n t e l 的 d u e t 平台。i n t e l 公司还存在类似运行于操作系统平台之上的模拟器，主要是 u n i x 环境下的u n i xs i m u l a t o r 和基于m i c m s o t tw i n d o w s 平台的n t 3 2 s i m u l a t o r 。此类模拟器由于运行在操作系统之上，对很多硬件相关的行为只 能是模拟和仿真，比如n t 3 2s i m u l a t o r 中对文件系统的操作在底层实际上是调 用w i n d o w sa p i 完成的。这在很大程度上限制了此类模拟器的功能，对于平 台相关硬件驱动的开发就不可能在此类模拟器上运行。 而d u e t 平台则完全不同，其完全运行在硬件平台上，所有的操作都是 基于u e f i 框架来进行的。开发人员在开发时，在d u e t 上进行调试和测试， 然后就可以直接将最后调试通过的u e f i 驱动或应用程序在实际运行u e f i b i o s 的平台上加载和运行。 1 3 课题主要研究内容 1 b o o ts e c t o r 结构的研究 b o o ts e c t o r 也就是硬盘的第一个扇区，它由m b r( m a s t e rb o o t r e c o r d ) d p t ( d i s kp a r t i t i o nt a b l e ) 和b o o tr e c o r di d 三部分组成。m b r 严 又称主引导记录占用b o o ts e c t o r 的前4 4 6 个字节( 0 - 4 ) x 1 b d ) ，存放系统 主引导程序( 它负责从活动分区中装载并运行系统引导程序) 。d p t 即主 分区表占用“个字节( 0 ，【l b et o0 x l f d ) ，记录了磁盘的基本分区信息。主 分区表分为四个分区项，每项1 6 字节，分别记录了每个主分区的信息( 因 此最多可以有四个主分区) 。b o o tr e c o r di d 即引导区标记占用两个字节 ( 0 x l f ea n d0 x l f f ) ，对于合法引导区，它等于0 x a a 5 5 ，这是判别引导区 是否合法的标志。由于d u e t 平台还需要还支持g p t 格式的磁盘介质( 包括用 于引导和数据存取) ，因此，还需要研究g p t 格式分区时b o o ts e c t o r 的写法。 2 哈尔滨t 挥大学硕十学仲论文 b o o ts e c t o r 结构的研究有助于d u e t 平台引导程序的编写和可引导磁盘 相关工具的开发。b o o ts e c t o r 存放传统b i o s 生命周期结束之后进入d u e t 平 台所需要执行的第一段代码，也是d u e t 平台引导程序的第一段代码。 2 传统b i o s 系统接口及a c p i 表 在d u e t 平台中，为了减少工作量和加快平台的启动、运行速度，大量 使用了如i n t1 0 h 、i n t1 3 h 、i n t1 5 h 等传统b i o s 的中断调用。同时，将传统 b i o s 同o s 的接口- a c p i 表作为d u e t 平台大多数系统信息数据的来源，如启 动设备选择阶段的硬盘可启动存储介质信息。对于引导程序来说，不仅在引 导程序运行时通过b i o s 系统接口调用来完成如读写软盘、显示字符等功能， 还要需要在d u e t 平台运行初期阶段从传统b i o s 中读出a c p i 表并将其转换 成符合u e f i 标准文档规范的格式以便d u e t 平台运行时使用。 3 实模式、保护模式以及b i g 实模式 最早的i n t e l 系列的c p u 只存在一种操作模式，即现在所说的实模式 ( r e a lm o d e ) 。在i n t e l 推出8 0 2 8 6 之后，为了增强c p u 的处理能力，同时也 为了适应当时的软件开发需求，i n t e l 提出了保护模式( p r o t e c t e dm o d e ) 。保 护模式相比实模式有很多优点。包括最大可访问4 g b 内存空间、支持虚拟内 存、支持地址映射、内存保护和分段保护、更灵活的寻址方式以及多任务支 持等。 在d u e t 平台中，相比传统b i o s 的最大不同在于，要尽早跳入保护模式， 从而可以使用保护模式的各种特性。这有利于平台程序开发的灵活性，也使 得程序员可以开发出更复杂，功能更强大的b i o s 应用程序。但在d u e t 平台 中，引导程序最初运行在实模式下通过i n t1 3 h 调用读取需要执行的d u e t 镜 像文件并对其进行解压缩操作。当镜像文件过大时，往往超过实模式下所需 的l m 的地址空间。因此，需要研究b i g 实模式来满足项目需求。 4 d u e t 平台框架 该部分主要研究d u e t 平台的启动流程及内存映射。从而保证引导程序 在引导时将各个模块加载到相应的地址空间。d u e t 平台在代码镜像上主要 3 哈尔滨t 程大学硕十学何论文 f l d 4 部分组成：e f i l o a d e r 、d x e l p l z 、d x e m a i n z 、e f i m a i n z ，z 文件代表使用 l z m a 算法压缩。由于这些镜像文件在e f il o a d e r 中解压缩，虽然此时已经进 入保护模式，可以使用4 g 的地址空间( 针对i a 3 2 ) 。但此时从引导介质上读 取镜像到指定的地址空间，如果镜像文件过大会覆盖掉引导程序所在的代码， 会导致引导失败。因此需要在编译和压缩时都首先考虑代码的大小问题。 5 调试及测试方法的研究 由于d u e t 平台引导程序本身的特殊性，在其启动初期，不可能通过嵌 入g d bs t u b 等方式实现软调试。因此其调试需要在可调试的虚拟机( 如 b o c h s ) 中进行。但d u e t 平台本身运行在实际硬件平台上，在虚拟机中进行 的调试往往会受虚拟机自带的传统b i o s 的影响( 如不符合标准b i o s 文档规 范) 。在这种情况下，需要采用带有硬件调试接口的硬件平台通过i n t e li t p ( 一种基于特殊硬件的调试工具) 进行调试。对调试而言，至少需要掌握在 虚拟机中进行代码调试和使用i t p 进行代码调试两种调试方法。 为了软件的健壮性和规范性。d u e t 平台采用u e f is c t ( 标准测试用例) 进行测试，需要对如何使用u e f is c t 进行一定的研究。 1 4 论文组织结构 本文对l i n u x 环境下d u e t 平台引导程序的设计及实现进行了详细的说 明和描述。讨论了引导程序的研究背景、面临的问题及研究意义，深入分析 d u e t 平台同u e f i 架构的平台的异同，并根据d u e t 平台自身的特点对引 导程序进行了设计及实现，讨论了在设计及实现中遇到的问题及解决方案， 并描述了在开发过程中如何进行调试及测试。全文共分4 个章节进行展开。 第一章为绪论，主要讨论课题的研究背景、研究内容、国内外研究现状。 针对u e f i 模拟器的发展背景，提出了研究d u e t 平台的必要性，明确了引 导程序的地位。 第二章深入分析了d u e t 平台。主要从其f r a m e w o r k 、启动流程、以及 烧写到f l a s h 中的镜像文件所包含模块的异同3 个方面进行展开。在各个小 节中针对d u e t 平台特点，以及其同基于u e f i 的平台的异同点提出了引导 4 程序设计的基本思路。 第三章详细介绍了d u e t 平台引导程序的设计思路。分析了基于d p t 、 g p t 的磁盘分区格式、以及两种磁盘分区格式在b o o ts e c t o r 编写时的不同点 及要求。并从实模式下寻址1 m 地址空间结合传统b i o s 标准文档中i m 以下 地址空间的内存分配分析了d u e t 镜像文件的地址空间。根据地址空间范围 提出了应对镜像文件进行压缩并引出l z m a 压缩的设计思路。本章还针对 l i n u x 环境的特点引出了g n u g e n b o o t s e c t o rq - 具以及应用此工具后镜像文件 编译、生成相关脚本应用程序的设计方法并给出了相关代码。最后结合d u e t 平台自身特点给出了d u e t 平台引导程序在实现过程中应重用传统b i o s 的 a c p i 表。本章还结合d u e t 平台启动流程及镜像文件特点提出了平台模块 划分的思路。 第四章详细描述了d u e t 平台引导程序核心模块的实现。按平台运行时 各模块运行时间顺序进行展开。d u e t 平台引导程序主要由b o o ts e c t o r 、 d x e l p l 、e f il o a d e r 共3 个核心模块组成。分别介绍了各自模块的实现方法， 并给出了相关的实现代码。最后结合各种实验平台对d u e t 平台进行了实验， 并给出了相关的实验结果。 写到f l a s h 中的镜像文件所包含模块的异同3 个方面进行展开。在各个小节 中针对d u e t 平台特点，以及其同基于u e f i 的平台的异同点提出了引导程 序设计的基本思路。 2 1u e f if r a m e w o r k 传统b i o s 的规范自从p c a t 时代起就一成不变，它已经无法很好地适 用于日趋复杂的现代计算机体系，并阻碍了引入新的平台技术。传统b i o s 规范的缺陷包括： 1 ) 仅能使用汇编语言编程，极大地限制了b 1 0 s 程序开发的效率，使得 b i o s 开发成为少数人能够胜任的工作： 2 ) 由各自为政的b i o s 开发商开发，相互之间缺乏兼容性与互操作性； 3 ) 1 6 位实模式的b i o s 程序极大地浪费了i a 3 2 架构所提供的资源，更难 以应用于x “架构。 可扩展固件接口规范( e x t e n s i b l ef i r m w a r ei n t e r f a c es p e c i f i c a t i o n ) 定义 操作系统与系统固件之间的开放接口。这些接口提供了平台相关信息、启动 服务例程以及操作系统运行时服务例程。操作系统装载器与操作系统可通过 接口调用这些服务例程。e f i 规范是一个公开的纯接口定义，它不依赖于某 个特定的b i o s 制造商或某个特定的b i o s 实现。它仅定义了平台固件必须实 现的接口，以及操作系统可能使用的一系列接口与数据结构，其实现的方式 与细节均取决于此规范的实现者。e f i 规范还定义了固件驱动程序模型，使 得所有遵循此模型开发的固件驱动程序能够互相协作【2 】。 u e f if r a m e w o r k 给出了基于可扩展固件接口规范实现平台的层次结构。 其中，整个平台运行于h a r d w a r e 之上，s e c 及p e i 阶段对c p u 以及c h i p s e t 初始化的模块位于整个g r e e nh 的下端，即图2 1 中所示的c p um o d u l e s 以 及c sm o d u l e s 。在g r e e nh 的上半部分，是固件中运行的各个模块的驱动( e f i 6 哈尔滨t 稃大学? 硕十学传论文 d r i v e r ) ，如s c s i 、k e y b o a r d 、u s b 、h a r dd i s k 等。这些驱动模块由d x e 阶 段的核心模块d x ec o r em o d u l e 根据u e f i 标准文档的规定进行加载、运行。 为了兼容传统b i o s ，整个f r a m e w o r k 中设计了一个c s m ( c o m p a t i b i l i t y s u p p o r tm o d u l e ) 提供对基于传统b i o s 的操作系统的支持。g r e e nh 的顶端 是由各个驱动模块按u e f i 标准文档导出的可扩展固件接口。兼容e f i 的操 作系统( 如w i n d o w s7 、f c 7 ) 、p r e e b o o t 环境下的工具如s h e l l 、s m b i o s 查 看器、以及一些外插卡上的o p t i o nr o m 等都运行在基于可扩展固件接口的 基础之上。 芒 圉 匐 - _ 訇 1 譬 暑 一 o 1 胃 图2 1u e f if r a m e w o r k 结构图 2 2d u e tf r a m e w o r k d u e tf r a m e w o r k 从结构上类似u e f if r a m e w o r k ，针对平台特点进行了 部分修改，如图2 2 所示。 哈尔滨t 程大学硕十学何论文 口 f = 圉 一 訇 = _ o o - 万 匿圉圉 图2 2d u e tf r a m e w o r k 结构图 从图2 2 和图2 1 对比可以看出，d u e t 模拟平台和u e f if r a m e w o r k 的 平台的主要区别在于d u e t 平台建立在b i o s 提供的l e g a c yi n t e r f a c e 基础之 上，因此也没有g r e e nh 中的下半部分( c p um o d u l e 和c h i p s e tm o d u l e ) 。 d u e t 模拟平台没有c s m 模块和对传统o s 的支持，因为其本身基于传统 b i o s 之上，不需要c s m 模块去提供对传统b i o s 的兼容。整个框架的其余 部分d u e t 模拟平台和基于u e f if r a m e w o r k 的平台基本相同。 对于d u e t 平台引导引导程序而言，根据此图可以看出引导程序及平台 其它模块应充分重用传统b i o s 接口，从而减少项目开发时间、提高项目开 发质量。 2 3 启动流程 本小节分别介绍u e f if r a m e w o r kb i o s 和d u e tf r a m e w o r kb i o s 的启 8 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 动流程，并结合d u e t 平台的特点分析两者的不同之处。 2 3 1u e f i 启动流程 对于一台基于标准u e f if r a m w o r k 的机器来说，其一个生命周期可以分 为s e c t 3 1 、p e i t 3 1 、d x e 4 、b d s 、t s l 、r t 以及a l 阶段【5 1 。如图2 3 所示。 e x o o c d 彳r _ i n t e r f a c e0 s - a b s e n t ，：兀l r ? 1 - 1、 嗣 a p p r ) - l _ l t r a n s i e n t0 s 毒卜 - ；1d 瞻：” i r k = 一 瓮v i c e 1 i l e n v i r o n m e n t _ 1 i - b u s ，o r 明r ) b) a r dys e r v i c e 誊| t r a n s l e n to s n i t i d r i v e rr b o o tl o a d e r f ) ，) i1 ! ：二丁j 昂陌- ，m a n a 口针oon_【pllfforrninitialization1-_【osboot】 图2 3u e f if r a m e w o r kb i o s 启动流程图 s e c ( s e c u r i t y ) 阶段主要完成对固件镜像文件的校验，在目前大多数基 于u e f if r a m e w o r k 的平台来说，都没有实现s e c 阶段。一般在可信计算平 台中会考虑实现此阶段。 p e i ( p r ee f ii n i t i a l i z a t i o n ) 阶段用于对平台进行简单的初始化，一般要 求p e i 阶段的运行时间尽可能短。只完成对c p u 的初始化以及南北桥芯片组 的初始化。同时对内存进行简单的初始化，然后跳入d x e 阶段。在p e i 阶段 的初期，由于e d k 2 绝大部分模块基于c 语言编写，运行时需要一定的内存 空间作为堆栈来使用。因此采用c a r 6 ( c a c h ea sr o m ) 技术将c p u 中的 c a c h e 作为内存来使用，当内存完成初始化后，再将应用程序重加载到内存 中运行。p e i 阶段初始化后得到的硬件信息以h o b ( h a n d0 f f b l o c k ) 的形式 传递到下一个阶段d x e 。 d x e ( d r i v e re x e c u t i o ne n v i r o n m e n t ) 阶段是整个基于u e f if r a m e w o r k 9 哈尔滨t 稃大学硕十学位论文 平台中执行时间最长，运行模块最多，也相对最重要的阶段。在此阶段中， d x e 的核心模块d x ed i s p a t c h e r 会根据不断的扫描固件中的各个模块，并为 这些模块加载相应的驱动，类似w i n d o w sd r i v e rm o d e l 。d x ed i s p a t c h e r 是一个相对通用的模块，在n 3 2 、x 6 4 、i p f 不同c p u 架构的硬件平台中， 都可以使用相同的代码而只需要在编译工程文件时更改相应的配置。在d x e 阶段中，硬件平台的绝大部分驱动如设备s c s i 、k e y b o a r d 、u s b 、h a r dd i s k 以及p c i 设备的枚举及加载等都会完成【8 】。并会根据加载的这些驱动得到的 硬件信息生成a c p i 表、s m b i o s 表。 b d s ( b o o td e v i c es e l e c t ) 阶段是一个相对比较简单的阶段。在此阶段 只做启动设备的选择，并根据所选择的启动设备跳转到相关启动设备上的引 导代码进行执行。 由于启动流程之后的阶段如o sb o o t 以及r u nt i m e 相对比较简单而且和 d u e t 平台关系不大，在此不进行介绍。 2 3 2d u e t 启动流程 d u e t 平台的启动流程和基于u e f if r a m e w o r k 的平台启动流程有一定 区别，主要体现在整个启动流程的初始阶段。启动流程如图2 4 所示。 e x p o s e d l ：_ ：= f 1 r、 i n t e r f o c o0 s - a b g e n t i 】- ：j - 叠 a p p - r ) t r a n s l e n t0 3 e n v i r o n m e n t r ) r 丌1 r t r a n s l e n to s 。d d e v i c e ， d x e l p l b u s o r s d e 晰r v i e c r e 皆 b o o tl o a d e r ) ，j = j j i 。，- 厂b o o t、 - 豳! i 、：一；- _ ，、m a n a c l e r l 订石_ j _ _ - _ 一 ，： 、 1 - j 。l i ；7 1 i ：_ l ；i - _ 7 ：i r 。i ll = 百jj i 1 j l ：e c u r l t y l e g a c y d u e td r l v e rb o o tt r s n s l e n tr u n t i m ea f t e r b i o s l o a d e r e x e c u t i o nd s v s y s t e ml o a di r t i l i f e e n v l r o n m e n ts e l e c t f r s l i( a l ) l d x e l( b d s l l e g a c y b o o t 【d u e t b o o t 1 。【o sb o o t 】 图2 4 d u e t 启动流程图 1 0 哈尔滨t 程大学硕十学佗论文 从以上启动流程可以看出，d u e t 平台经过b o o ts e c t o r 引导后，由d u e t l o a d e r 和d x ei p l 阶段完成d x e 阶段运行所必须的数据准备后，直接跳入 d x e 阶段。而没有一般平台所应经历的s e c 阶段，以及c p u 、c h i p s e t 、以 及b o a r d 的初始化。对于s e c 阶段而言，d u e t 平台本身并不需要。对于p e i 阶段，基于u e f if r a m e w o r k 的平台在完成c p u 、c h i p s e t 以及b o a r d 简单的 初始化对d u e t 平台也不需要，因为传统b i o s 已经完成了相关初始化使得 这些硬件已经直接可用。在初始化过程中所得到的硬件平台信息d u e t 平台 都可以从传统b i o s 的a c p i 表中得到。其余阶段和基于u e f if r a m e w o r k 的 平台一致。对于d u e t 平台的启动流程，根据实际代码的组织情况如图2 5 所示。 。w e r 。司 上 传统b i o s 加电自检( p 0 s t ) 上 l 加载d u e t qi 导程序并执行 l ( o x 0 0 0 0 ：7 c 0 0 ) 上 s t a r t 3 2 c o m l ( o x 2 0 0 0 0 。包含e 9 2 0t a b l c 、 t e r n p g d t & i d t ) 上 e f i 3 2 c o m i( 0 x 2 10 0 0 包含t e m p o r a r y i n t e r r u p th a n d l e r ) 上 e f i l o a d c r j d x c l p i j r d x e m a i n ( d x e g o r e ) i c p u d x e 、c p u l o9 2 5 4 、t i m e r 、 p c l s a a c p i 、i d c c o n t r o l l c r 厂r u e f i 、 k , e n v i r o n m e n t j 图2 5d u e t 平台启动流程 1 1 哈尔滨丁稃大学硕十学位论文 以一台安装传统b i o s 的机器为例。系统开机后