UEFI国产计算机平台BIOS研讨

1、UEFI国产计算机平台 BIOS研讨1概述传统有着诸多的弊端，使得系统维护代价大，阻碍了国内 计算机技术的发展。提供了标准化的规范，为计算机系统的扩展和升级提供了方便， 同时也使得系统引导更为迅速、 对操作系统引导器以及操作系统本身 的限制大大减少。随着龙芯等国产高性能处理器芯片的研发成功及稳定性增强， 国 内陆续展开了许多基于国产的计算机系统研究开发工作。计算机系统中是连接硬件和软件的关键组件， 也是系统安全性验 证的重要环节，然而长期以来，技术基本被国外几家厂商掌控，给计 算机系统的安全埋下了安全隐患。已经在国外诸多知名计算机厂商中得到广泛的认可和使用， 它的 推广和应用也使得国产的研究和

2、开发成为可能， 国产计算机平台上的 研究是国产发展的要求， 也是提高计算机系统安全性的需要， 基于国 产计算机平台的研究具有十分重要的意义。基于此，本文研究基于的国产计算机平台。 2龙芯国产计算机平台简介本文的硬件平台是一款自主研发的龙 芯 2 处理器计算机平台，其逻辑结构如图 1 所示。龙芯处理器自带内存控制器， 支持最高容量 2的 2内存，处理器 通过总线与南桥、以太网控制器、显卡相连，向外提供最多 3 个设备 扩展。通过南桥向外提供 2路 232接口、4路接口、1路数字音频接口、 1 路接口和 1 路接口；通过以太网控制器向外提供两路千兆以太网口； 通过显卡提供和 2 种显示接口。通过与

3、连接。该平台原先使用作为。是处理器最常使用的，最新版本为 2000，支持、和 86 体系结 构，可以从、网络以及启动操作系统，包含调试系统，支持多种调 试命令，使用串口作为输出。3 的优势可扩展固件接口 , 首先由为解除传统对安腾处理器体系 结构性能的限制而提出， 后交由国际标准化组织管理， 改名为统一可 扩展固件接口 , 。的执行流程如图 2 所示，它一般包括、 - 、4 个阶段，执行系 统基本初始化，准备C语言执行环境；阶段进入代码环境，描述系统 资源和初始化信息， 结束后传递给阶段； 阶段对计算机系统设备进行 初始化和配置，构建系统表，提供对资源的访问接口；阶段为引导的 最后阶段，完成进

4、入操作系统引导前的准备工作，最终加载，系统控 制权交给，仅保留运行时服务可为系统使用 1-2 。至此，对系统的控制结束。 具有模块化结构、语言风格、驱动模型硬件操作方式等优点。下面分别从可移植性、开机速度、可扩展性、操作界面 4 个方面 对和龙芯国产计算机平台的固件两者进行比较 1 开机速度会对它发 现的所有挂到主板上的设备进行驱动加载和执行， 因此挂载设备的多 少直接影响到系统的引导启动速度； 设备驱动遵循驱动模型， 阶段不 会对该类型的驱动进行更多的初始化工作，直到中调用 _中的将该 驱动与设备控制器连接并初始化设备 3 ，在阶段设置界面中可对这 些设备进行选择以及调整启动顺序， 某些启动

5、时不需要的设备可以推 迟到后阶段进行初始化和配置，从而提高系统引导速度。2可移植性与一样由语言编写，使用轮询方式发现设备驱动。中与平台硬件相关的部分分布不规则， 移植工作量较大， 且要求 开发者对代码结构了解程度高； 的模块化结构以及标准的硬件操作接 口使得驱动与核心控制代码之间耦合度低， 移植时只需修改这些标准 接口的实现，而不影响其上层或者其他平行模块，所以，可移植性要 远优于。的标准硬件操作接口即一组 2 ，它们屏蔽底层硬件细节，使得 具有高可移植性。3可扩展性中添加驱动或者功能时需在初始化流程中添加对相应 设备或者功能的调用， 编程者需要十分熟悉整个代码的结构和调用位 置；中设备驱动符

6、合，核心代码会发现并加载驱动，不需要编程者关 注核心代码。同时对总线体系结构的支持也体现了其良好的可扩展特性。总线驱动采用分层结构，从下至上包括、和设备驱动三层 1 ， 关于总线的大部分初始化和配置工作在硬件相关的驱动中实现， 设备 驱动程序的实现与平台体系结构无关， 总线结构发生改变时， 也仅需 对进行改变。4操作界面通过命令行提供大量的命令和功能使系统与用户进行 交互，包括网络通信、读写内存、在线烧写等存储设备等等；在阶段 可进入界面，与不同的是，用户能自定义应用程序，它们不影响固件 核心程序，在中加载运行， 图形界面中还可选择加载应用程序对系统 进行检测或者修复工作，或者管理系统信息、配

7、置启动选项，是一种 应用程序。国产计算机平台的是国产化发展的需要， 针对国产计算机平台的 不同结构和应用场合，其的实现和维护也更加方便。固件运行阶段可使用外部设备， 并拥有图形化设置界面， 支持从 除之外的位置加载固件模块， 同时操作系统的启动位置和方式的选择 也更加灵活。还可以开发功能丰富的应用程序， 操作系统中某些功能或者机制 的实现可以在固件中实现，例如固件层电源管理功能 4 、固件层数 据备份和恢复 5 等，解决了这些关键机制过分依赖于操作系统的问 题，使得国产计算机系统更为可靠。4固件设计与实现本文的实现以框架为基础，是遵循规范的开源 框架，它包含了大量开发示例和基本的底层库函数，

8、这些代码中一部 分与平台体系结构无关，另一部分则与硬件结构关系密切。实现首先分析出必须实现的模块， 属于通用部分的模块则直接使 用，平台相关部分的则必须针对硬件细节进行修改， 最后添加中没有 提供参考实现或者实例的功能模块， 组成一个能在平台上运行并且使 平台能正常工作的代码集合。遵循模块化的特点， 除中直接被使用的通用代码外， 其余修改或 者自定义编写模块包含在一个独立的包中，它与、等目录平行，并按照执行流程进行划分的实现内容如图 3 所示，可以大致划分为 3大部分，如图中虚线 框所示，在包中体现为 3 个子目录。图3实现内容 41简介中各基本模块的依赖关系如图 4 所示，其 主要模块的功能

9、如下 1 包含代码编译所需的二进制编译工具集和编 译环境配置文件。2包含各个平台通用的基本的底层库函数、协议和工业标准，各 种平台架构的都可以在模块中引用这些库函数， 有效减少了开发工作 量。3 包含一系列各平台通用的模块 , 其中包括中公共库的应用模块 示例。4保存编译环境信息、编译目标路径以及编译器参数，工具将在 该路径下产生 3 个配置文件。5、提供一个平台通用的应用程序开发环境。 6包含针对不同架构的原始驱动。732 一个在操作系统下可加载 32 位模拟器，提供运行环境的平 台。是操作系统下的模拟环境。8、针对平台的实现，与具体平台硬件相关。相应的、 35分别是在、嵌入式、 35 平台

10、上的参考实现。9、网络、驱动参考实现。10 提供基于传统运行环境的支持库。11提供针对不同架构编译兼容映像的示例。42 固件实现固件以模块为单位， 每个模块实现若干功能的集合。 各模块之间的依赖关系在模块的配置文件中进行定义， 并通过包 中的配置文件、 和选择需要编译到中的代码、 对和变量赋值描述内存 空间等资源的分配以及描述二进制代码在上的布局。本文使用 080000000090000000的一段空间作为系统内存， 其分 配情况如图 5 所示。代码编译时，编译器解析配置文件将指定的代码按照指定的结构 生成二进制可执行文件。421和和是中最先执行的 2 个阶段，中关于的设计类似于一个微 型，它

11、执行的操作应该尽量的少。本文中将和的功能作为一个模块实现， 不采用规范中的的加载器- 模块结构，该模块分为 2 个部分。1 系统上电后的执行起点，负责对系统硬件进行检测以及系统内 存、堆栈空间的基本初始化，为之后语言代码准备执行环境。调试时通常要使用串口输出信息， 龙芯国产计算机平台通过南桥 向外提供串口，因此该阶段还需初始化北桥、南桥、串口。这部分采用汇编语言实现， 完成基本的初始化之后调用第 2 阶段 的语言部分入口函数。2 使用语言实现，其任务包括将拷贝到内存以加快执行速度，硬 件的复杂初始化，地址空间映射，构建并将其交给。本文不实现标准结构，而是使用中以及中提供的关于二进制映 像、内存

12、的操作来完成的主要功能。最后，通过过渡函数查找并调用入口函数。422 阶段负责系统引导中主要初始化工作，分为核心和驱动两部 分。核心创建各种服务和接口供其他模块使用， 驱动则提供对硬件的 操作、初始化设备以及实现对各种机制的支持。1 核心核心建立在一系列对硬件的抽象接口之上，不依赖于、芯 片组等特定平台相关细节，其实现没有平台差异。是核心模块，包括和，分别负责按顺序加载驱动和创建各种服务。在保证核心所必须的功能完整的情况下， 根据需求对其中某些部 分进行增、删、改，如添加代码，即可作为固件的核心部分。2驱动驱动是固件实现的重要部分，它可以是平台硬件和外部设 备的驱动程序，或者支持特定功能和机制

13、的模块。它分为两种类型早期驱动和驱动模型驱动 2 。对于不同的平台，驱动的类型、数量均有差异，可以由程序员重 新编写，也可以通过修改中包含的大量驱动的参考实来获得需要的设 备驱动，从而节省编码时间，规范代码风格使其便于阅读。首先分析平台体系结构，实现对、芯片组、计时器等板级设备以 及总线等平台底层硬件操作的驱动， 添加固件内部实现机制支持的驱 动，这些驱动将创建架构协议，提供抽象接口。这部分驱动属于早期驱动， 它们最终产生出所有的服务、 启动服 务、运行时服务，后续执行的程序使用这些服务进行平台底层操作，不直接与硬件交互。 其次根据需要连接的外部设备确定要添加的设备驱动程序， 这些模块遵循驱动

14、模型。 键盘、鼠标、显卡、网卡以及其他设备驱动都通过这种方式加载。 本文硬件平台总线包括、。遵循总线驱动的风格， 它们的驱动都分为 3 个层次，包括控制器 驱动、驱动以及设备驱动， 当总线体系结构发生改变时，只需对控制 器驱动层进行适配。驱动主要实现、驱动。的下是 - 结构的驱动的参考实现，不同的架构扫描总线时是不一 样的，需针对平台具体架构进行适当修改。是驱动的实现， 通常来说该驱动程序所做的工作与平台无关， 不 需要修改，除非是要对设备的配置空间做一些修正。驱动包括控制器和， 驱动包括控制器和驱动， 控制器与硬件相关， 控制器需针对平台细节编写， 是控制器的驱动实现， 是关于的驱动实 现，

15、是的驱动实现。该硬件平台板级设备包括龙芯、芯片组、计时器、定时器、等， 固件内部支持机制、容错写机制、以及分区格式，驱动包含对以上内 容支持以及产生架构协议的驱动。包含一组平台通用的驱动，包括、等，同时中包含对和驱动的 实现，它们与硬件关系密切， 针对平台硬件进行修改后即可加入该固 件中。下的模块提供对的支持， 同时参考的代码实现文件系统驱动， 或 者实现其他文件系统驱动，如 6 等。 实现机制的功能和操作，下和对进行支持。 除此之外，其余驱动则需要根据主板硬件编写，如、南桥等，实 现对这些硬件操作的抽象接口即协议。外部设备驱动程序由平台上连接的外部设备数量和种类决定。 控制台提供给用户基本的

16、系统输入输出信息， 中包含提供控制台 服务的驱动。若目标平台要求支持网络引导或者要求图形显示， 固件还应该分 别实现该平台所使用网卡和显示芯片的驱动程序。如果平台使用了、或者其它类型的设备 , 并且要在环境中使用这 些设备, 也必须实现相应的设备驱动程序。423 架构架构协议是引导进入阶段的标准接口， 由驱动模块产生。 该阶段代码参考实现， 它在阶段被发现并加载， 结束时将调用其 入口函数。阶段可进入图形界面进行系统管理或者配置启动选项， 用户还可 以创建应用程序对系统进行安全检测、 诊断系统问题或者提供其他安 全保障方案。5调试及安装运行的中提供了库用于开发调试，它们可以格式化 打印输出代码

17、的调试信息，便于对代码中的错误进行定位和分析。通过串口输出调试信息， 还需根据平台串口配置编写相应的库方 法。代码编译得到二进制文件之后，烧写到地址空间 000000 所对应 的地址在龙芯平台上，系统上电时从该地址寻找第一条执行指令。系统上电后， 引导至所有初始化工作完毕， 可选择直接进入引导 操作系统或者进入系统设置界面， 在系统设置界面中， 可以对系统进 行诊断、启动设置、参数查看、日期设置等，或者进入界面，通过命 令查看系统信息、设置参数、从指定路径手动安装新的设备驱动、应 用程序或者从选择的启动设备引导操作系统。6结束语本文分析对比了与，简单介绍的引导过程，以开源框架 为基础，描述了龙

18、芯国产计算平台的实现内容和方法。随着国产处理器技术和基于国产处理器的计算机研究及应用的 发展，的开放性、可扩展性、可移植性、标准接口编程以及快速开机 等优点使其在国产计算机平台上具有广阔的应用前景。固件技术的发展将提高和促进计算机技术水平及其安全性， 在国 产计算平台上的应用有着重大的意义。该实现了固件的基本功能和操作， 运行良好， 在之后的研究中其 功能还有待进一步的完善。同时，的特点也给带来了新的安全问题， 这些工作将在今后的工 作中得到改进，比如在其中加入可信支持 7 等。本 word 为可编辑版本，以下内容若不需要请删除后使用，谢谢您的理解 篇一：重症肺炎的诊断标准及治疗重症肺炎 【概

19、述】肺炎是严重危害人类健康的一种疾病，占感染性疾病中死亡率之首， 在人类总 死亡率中排第 56 位。重症肺炎除具有肺炎常见呼吸系统症状外 , 尚有呼吸衰竭和其他系统 明显受累的表现 , 既可发生于社区获得性肺炎 （community -acquired pneumonia, CAP）, 亦可发 生于医院获得性肺炎 （hospital acquired pneumonia, HAP）。在HAP中以重症监护病房（intensive care unit ,ICU）内获得的肺炎、 呼吸机相关肺炎（ventilator associated pneumonia ,VAP）和健康护 理（医疗）相关性肺炎（

20、health care -associated pneumonia ,HCAP）更为常见。免疫抑制宿主发 生的肺炎亦常包括其中。 重症肺炎死亡率高，在过去的几十年中已成为一个独立的临床综合 征，在流行病学、风险因素和结局方面有其独特的特征， 需要一个独特的临床处理路径和初 始的抗生素治疗。重症肺炎患者可从ICU综合治疗中获益。临床各科都可能会遇到重症肺炎 患者。在急诊科门诊最常遇到的是社区获得性重症肺炎。 本章重点介绍重症社区获得性肺炎。 对重症院内获得性肺炎只做简要介绍。【诊断】首先需明确肺炎的诊断。 CAP 是指在医院外罹患的感染性肺实质（含肺泡壁即广义上的肺间质 ） 炎症 ,包括具有明确

21、潜伏期的病原体感染而在入院后平均潜伏期内发病的 肺炎。简单地讲 ,是住院 48 小时以内及住院前出现的肺部炎症。 CAP 临床诊断依据包括 : 新近出现的咳嗽、咳痰,或原有呼吸道疾病症状加重，并出现脓性痰；伴或不伴胸痛。 发热。 肺实变体征和（或）湿性啰音。WBC 1099 X 10 / L或重症肺炎通常被认为是需要收入ICU的肺炎。关于重症肺炎尚未有公认的定义。在中华医学会呼吸病学分会公布的 CAP 诊断和治疗指南中将下列症征列为重症 肺炎的表现：意识障碍；呼吸频率30次/minPaO25d、机械通气4d）和存在高危因 素者 , 即使不完全符合重症肺炎规定标准 , 亦视为重症。美国胸科学会

22、（ATS） 2001 年对重症肺炎的诊断标准：主要诊断标准 需要机械通气 ； 入院48h内肺部病变扩大 50%;少尿（每日177卩mol/L（ 2mg/dl）。次要标准：呼吸 频率30次/min;PaO2/FiO2 2007年ATS和美国感染病学会（IDSA）制订了新的社区获得性肺炎治 疗指南，对重症社区获得性肺炎的诊断标准进行了新的修正。主要标准： 需要创伤性机械通气 需要应用升压药物的脓毒性血症休克。次要标准包括：呼吸频率30次/min; 氧合指数（PaO2/FiO2） 20 mg/dL） 白细胞减少症（WBC计数v 4X 109 /L） 血小板减少症（血小板计数v100 X 10gL）

23、体温降低（中心体温v 36 C） 低血压需要液体复苏。符合 1 条主要标准，或至少 3项次要标准可诊断。重症医院获得性肺炎（SHAF）的定义与SCAP相近。2005年ATS和美国感染病学会（IDSA） 制订了成人HAR VAP HCAP处理指南。指南中界定了 HCAP的病人范围：在90d内因急 性感染曾住院2d;居住在医疗护理机构；最近接受过静脉抗生素治疗、化疗或者30d内有感染伤口治疗；住过一家医院或进行过透析治疗。因为HCAP患者往往需要应用针对多重耐药（MDR）病原菌的抗菌药物治疗，故将其列入HAP和VAP的范畴内。【临床表现】重症肺炎可急性起病，部分病人除了发热、咳嗽、咳痰、呼吸困难等

24、呼 吸系统症状外，可在短时间内出现意识障碍、 休克、肾功能不全、肝功能不全等其他系统表 现。少部分病人甚至可没有典型的呼吸系统症状， 容易引起误诊。也可起病时较轻，病情逐 步恶化，最终达到重症肺炎的标准。在急诊门诊遇到的主要是重症CAP患者，部分是HCAP患者。重症 CAP 的最常见的致病病原体有：肺炎链球菌、金黄色葡萄球菌、军团菌、革兰 氏阴性杆菌、流感嗜血杆菌等，其临床表现简述如下：肺炎链球菌为重症 CAP最常见的病原体，占30%70%。呼吸系统防御功能损伤（酒 精中毒、抽搐和昏迷）可是咽喉部大量含有肺炎链球菌的分泌物吸入到下呼吸道。病毒感染和吸烟可造成纤毛运动受损， 导致局部防御功能下降

25、。 充血性心衰也为细菌性肺炎的先兆因素。脾切除或脾功能亢进的病人可发生暴发性的肺炎链球菌肺炎。 多发性骨髓瘤、 低丙种球 蛋白血症或慢性淋巴细胞白血病等疾病均为肺炎链球菌感染的重要危险因素。 典型的肺炎链 球菌肺炎表现为肺实变、寒战，体温大于39.4 C,多汗和胸膜痛疼，多见于原先健康的年轻 人。而老年人中肺炎链球菌的临床表现隐匿， 常缺乏典型的临床症状和体征。 典型的肺炎链 球菌肺炎的胸部X线表现为肺叶、肺段的实变。肺叶、肺段的实变的病人易合并菌血症。肺 炎链球菌合并菌血症的死亡率为30%70%，比无菌血症者高 9 倍。金葡菌肺炎 为重症CAP的一个重要病原体。 在流行性感冒时期，CAP中金

26、葡菌的发 生率可高达 25%，约 50%的病例有某种基础疾病的存在。呼吸困难和低氧血症较普遍， 死亡率为64%。胸部X线检查常见密度增高的实变影。常出现空腔，可见肺气囊，病变变化较快，常伴发肺脓肿和脓胸。 MRSA（耐甲氧西林金葡菌）为 CAP中较少见的病原菌，但一旦明确 诊断，则应选用万古霉素治疗。革兰氏阴性菌 CAP重症CAP中革兰氏阴性菌感染约占 20%,病原菌包括肺炎克雷白 杆菌、不动感菌属、变形杆菌和沙雷菌属等。肺炎克雷白杆菌所致的CAP约占1%5%,但其临床过程较为危重。 易发生于酗酒者、 慢性呼吸系统疾病病人和衰弱者， 表现为明显的中 毒症状。胸部 X 线的典型表现为右上叶的浓密

27、浸润阴影、边缘清楚，早期可有脓肿的形成。 死亡率高达 40%50%。非典型病原体 在CAP中非典型病原体所致者占 3%40%。大多数研究显示肺炎支原 体在非典型病原体所致 CAP中占首位，在成人中占 2%30%,肺炎衣原体占6%22%,嗜肺军团菌占2%15%。但是肺炎衣原体感染所致的CAP,其临床表现相对较轻，死亡率较低。肺炎衣原体可表现为咽痛、声嘶、头痛等重要的非肺部症状，其他可有鼻窦炎、 气道反应性疾病及脓胸。 肺炎衣原体可与其他病原菌发生共同感染, 特 别是肺炎链球菌。 老年人肺炎衣原体肺炎的症状较重, 有时可为致死性的。 肺炎衣原体培养、 DNA检测、PCR血清学（微荧光免疫抗体检测）

28、可提示肺炎衣原体感染的存在。军团菌肺 炎占重症CAP病例的12%23%,仅次于肺炎链球菌，多见于男性、年迈、体衰和抽烟者， 原患有心肺疾病、 糖尿病和肾功能衰竭者患军团菌肺炎的危险性增加。 军团菌肺炎的潜伏期 为 210 天。病人有短暂的不适、发热、寒战和间断的干咳。肌痛常很明显,胸痛的发生率 为 33%,呼吸困难为 60%。胃肠道症状表现显著,恶心和腹痛多见, 33%的病人有腹泻。不少 病人还有肺外症状, 急性的精神神志变化、急性肾功能衰竭和黄疸等。 偶有横纹肌炎、 心肌 炎、心包炎、肾小球肾炎、血栓性血小板减少性紫癜。 50%的病例有低钠血症,此项检查有 助于军团菌肺炎的诊断和鉴别诊断。军

29、团菌肺炎的胸部X线表现特征为肺泡型、斑片状、肺叶或肺段状分布或弥漫性肺浸润。有时难以与ARDS区别。胸腔积液相对较多。此外，20%40%的病人可发生进行性呼吸衰竭,约15%以上的病例需机械通气。流感嗜血杆菌肺炎 约占CAP病例的8%20%,老年人和 COPD病人常为高危人群。 流感嗜血杆菌肺炎发病前多有上呼吸道感染的病史, 起病可急可慢, 急性发病者有发热、 咳 嗽、咳痰。 COPD 病人起病较为缓慢,表现为原有的咳嗽症状加重。婴幼儿肺炎多较急重, 临床上有高热、 惊厥、呼吸急促和紫绀, 有时发生呼吸衰竭。 听诊可闻及散在的或局限的干、 湿性罗音，但大片实变体征者少见。胸部X线表现为支气管肺炎

30、， 约1/4呈肺叶或肺段实变影,很少有肺脓肿或脓胸形成。卡氏孢子虫肺炎（PCP） PCP仅发生于细胞免疫缺陷的病人，但PCP仍是一种重要的肺炎，特别是HIV感染的病人。PCP常常是诊断AIDS的依据。PCP的临床特征性表现有干 咳、发热和在几周内逐渐进展的呼吸困难。病人肺部症状出现的平均时间为4周，PCP相对进展缓慢可区别于普通细菌性肺炎。PCP的试验室检查异常包括：淋巴细胞减少，CD4淋巴细胞减少,低氧血症,胸部 X 线片显示双侧间质浸润,有高度特征的 “毛玻璃 ”样表现。但 30%的胸片可无明显异常。PCP为唯一有假阴性胸片表现的肺炎。【辅助检查】1.病原学：诊断方法 包括血培养、痰革兰氏

31、染色和培养、血清学检查、胸水培养、支气管吸出 物培养、或肺炎链球菌和军团菌抗原的快速诊断技术。此外， 可以考虑侵入性检查，包括经 皮肺穿刺活检、经过防污染毛刷（PSB经过支气管镜检查或支气管肺泡灌洗（BAL）。 血培养 一般在发热初期采集，如已用抗菌药物治疗，则在下次用药前采集。采样以无菌法静脉穿刺，防止污染。成人每次1020ml，婴儿和儿童 0.55ml。血液置于无菌培养瓶中送检。 24 小时内采血标本 3 次，并在不同部位采集可提高血培养的阳性率。在大规模的非选择性的因CAP住院的病人中，抗生素治疗前的血细菌培养阳性率为5%-14%，最常见的结果为肺炎球菌。假阳性的结果，常为凝固酶阴性的葡萄球菌。抗生素治疗后血培养的阳性率减半，所以血标本应在抗生素应用前采集。但如果有菌 血症高危因素存在时， 初始抗生素治疗后血培养的阳性率仍高达15%。因