Cstyle的UEFI导读：PEI Image Service

最新推荐文章于 2024-09-26 19:14:42 发布

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本文介绍了UEFI BIOS固件在XIP模式下的执行环境，特别是如何在PEI阶段通过PEI Core的Image Service将代码从Flash读取到RAM中，并在RAM中执行。固件的各个段在不同阶段的状态、如何初始化RAM以及如何使用PeiImageRead函数进行内存拷贝等关键点进行了阐述。

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所谓”固件“原始的定义是被固化的软件。历史上存储固件的介质有很多类似EEROM、Flash等，目前在UEFI固件领域基本都是用的NorFlash，它最大的特点是支持XIP也即片上执行。UEFI BIOS固件基本都是使用SPI接口的NorFlash来存储。目标二进制固件文件通常包括代码段（code）、只读数据段（RO Data）、已初始化读写数据段（RW Data）、BSS段、堆、栈、以及其他的资源段。固件在XIP阶段的代码在链接的时候，链接地址与存储地址是相同的都会是0x00000000，在C代码开始之前通过crt0库把读写数据段（RW Data）拷贝到可读可写的内存、在内存中创建并初始化BSS段，堆、栈，C代码提供基本的运行环境。下表是固件在XIP执行的时候每一个段的状态，RO Data不需要写因此不需要拷贝到RAM当中，同理在RAM没有准备好之前即使是读写数据段也是只读的，再有就是堆段与栈段在内存没有准备好之前也是不可用。

资源类型	状态
资源类型	固化阶段	初始化阶段	运行阶段
代码段（Code）	存储在flash	存储在flash	存储在flash
只读数据段（RO Data）	存储在flash	存储在flash	存储在flash
读写数据段（RW Data）	存储在flash	拷贝到RAM	在RAM中读写
未初始化数据段（BSS）	存储在flash	在RAM中创建并清零	在RAM中读写
堆（heap）	存储在flash	在RAM中创建并清零	在RAM中读写
栈（stack）	存储在flash	在RAM中创建并清零	在RAM中读写

在X86当中，SEC阶段及PEI阶段的第一阶段都是XIP模式，也就意味着：

代码是直接在flash上XIP执行
早期内存不可用
堆、栈都不可用，无法通过栈来作为调用栈使用
C语言代码不可执行
全局的非静态变量（读写数据段）不可写

之前介绍过UEFI BIOS是99%的C代码加1%的汇编代码组成的，那么C代码是如何跑起来的呢？主要是通过以下几个方式来提供C语言运行环境。

早期使用寄存器作为汇编及汇编与C直接的调用栈
使用CAR来作为零时RAM，这样就等同于拥有了一块很小的RAM
在#2的基础上调用MRC初始化DDR-RAM
把固件拷贝到DDR-RAM
切换堆、栈及PC指针到新的RAM地址
至此，拥有完整的执行环境

在MdeModulePkg\Core\Pei\Image\Image.c函数PeiImageRead （）提供了从flash读取固件到RAM的服务，使用在SEC阶段传递给的EFI_SEC_PEI_HAND_OFF数据中有包含几个重要信息如：BFV地址及容量，零时RAM地址及容量，PEI阶段可用RAM地址及容量，栈地址及容量，细节可以参考《UEFI内核导读》的“SEC Core简介”相关章节。

/**

Support routine for the PE/COFF Loader that reads a buffer from a PE/COFF file.

The function is used for XIP code to have optimized memory copy.

@param FileHandle - The handle to the PE/COFF file

@param FileOffset - The offset, in bytes, into the file to read

@param ReadSize - The number of bytes to read from the file starting at FileOffset

@param Buffer - A pointer to the buffer to read the data into.

@return EFI_SUCCESS - ReadSize bytes of data were read into Buffer from the PE/COFF file starting at FileOffset

**/

EFI_STATUS EFIAPI PeiImageRead (

IN VOID *FileHandle,

IN UINTN FileOffset,

IN UINTN *ReadSize,

OUT VOID *Buffer

)

{

CHAR8 *Destination8;

CHAR8 *Source8;

Destination8 = Buffer;

Source8 = (CHAR8 *) ((UINTN) FileHandle + FileOffset);

if (Destination8 != Source8) {

CopyMem (Destination8, Source8, *ReadSize);

}

return EFI_SUCCESS;

}

综上述代码可见：

PEI Core及部分PEIM在PEI第一阶段被复制到RAM当中，PEI第二阶段代码在RAM中被执行。
使用内存拷贝的方法，在X86架构中使用的是MOV类指令，而不是IN/OUT类似的IO指令。
PEI Core的Image service基于PeiImageRead（）从flash的读取BFV内的FFS文件并从中查找PE/TE格式可执行文件，relocates到永久DDR RAM当中以备PEI第二阶段执行，或读取查找其他类型文件。

参考代码实现：

\MdeModulePkg\Core\Pei\Image\Image.c

\MdeModulePkg\Core\Dxe\Image\Image.c

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