Cstyle的UEFI导读之Driver中的私有数据结构

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        闲来无事谈谈UEFI驱动开发过程中的私有数据及变量的作用域的问题。由于同一个driver可能需要管理多个设备,对于每一个设备我们需要为其分配单独的私有的数据,所以我们不能奢望用全局的数据来作为不同的设备之间共享数据的通道,并且我们还需要保持设计的driver是可重入的。

    每一个设备或者说是控制器我们需要为其分配独立的私有数据,这些数据主要包括:
• A signature for the data structure
• The handle of the controller or the child that is being managed or produced
• The group of protocol interfaces that are being consumed
• The group of protocol interfaces that are being produced
• Private data fields and services that are used to manage a specific controller
    为了在私有数据结构里面通过一个指向结构里面的一个公共的数据结构指针来获取私有结构的访问路径,我们使用一个CR()的宏定义来完成这一过程,这个类似于面向对象语言C++中的This 指针,但是由于UEFI是用C来写的,缺少了面向对象的特性,所以就用这种方法来模拟面向对象的特性。
    以下的宏定义只需要提供私有数据的结构类型,结构中包含的公共数据的指针,公共数据的类型通过,在公共数据指针的基础上减去公共数据距离私有数据顶部的偏移地址的方法来获取私有数据结构的指针,然后通过强制了类型转换,就能获取到私有数据的指针,我们亦可以把得到的指针当做是This指针。之后我们就可以使用这个This指针来索引私有数据结构里面的所有的数据了,是不是很方便!以下是详细的code,大家可以仔细读一读。 
以下便是一个我们常用的例子,现在让我们看一看里面都有些什么:
1.第一行,我们定义个signature,这个是在前面没有提到的,这里的主要作用的对我们的私有数据做一个标签,以此来方便diagnosis工具或者其他的工具代码来校验这个私有数据结构是否是我们需要的哪一个。在CR宏定义中我们一般会加入对这个signature的校验,如果校验结果不符合,就可以抛出异常
2.定义一个HDD的控制器的简单示范,他包含三个数据项:
    a>定义该设备私有数据的signature
    b>定义该设备产生的protocol
    c>定义该设备需要消费的protocol,一般使用指针来表示
3.最后的是一个通过driver生产的protocol的指针来获取私有数据的宏定义.   
    
    其中DiskIo protocol是由driver自己生产的,使用BS serverice的allocate pool服务来申请内存,让后把serverice copy到
每一个需要安装driver的设备或者说是控制器上.以下是一个示例:
1.前面的部分是包含一些 必备的头文件,包括uefi头文件,三个protocol的定义头文件以及一个memery库头文件
2.第二部分定义了,我们的私有数据的模板,我们要在这里实现数据的signature,DiskIoReadDisk以及DiskIoWriteDisk这两个函数的实现及其定义声明,最后用一个NULL来结束。同时我们需要注意这里的模板是一个全局的数据变量。
3.第三部分在driver的DriverBinding protocol的start方法中我们会去申请一块内存,并且把我们的上面生成的数据模板拷贝到
申请的内存块中,最后判断是否成功,是否需要抛出异常。
 
同理在DriverBinding protocol里面的stop方法中,我们需要释放申请的内存和销毁我们为每个设备或者是控制器绑定的私有数据空间。细节看下面的示例:这里使用到了CR()从DiskIo protocol指针来索引私有数据指针,然后使用memory 服务释放内存。
  
       
    
    至此,今天的话题就算是告一段落,全文主要探讨了UEFI 驱动模型的driver中私有数据及driver的protocol生产消费模型中各个protocol是如何与设备绑定,以及如何释放资源的,非UEFI驱动模型的设备也需要参考这个模式来执行,以此来保证一致性及易于处理。有遗漏或错误之处烦请指出。
以上是个人读书笔记和总结,转载请注明出处,谢谢

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随着国家十四五新战略规划的推出,众多国内企业都参与到国产芯片替代浪潮中来,可以预测未来越多的国产芯片会被设计、生产和使用在我们日常所使用的电子产品中,国产芯片拥有巨大的市场前景。 目前国产芯片采用的体系架构主要有X86、ARM、MIPS、RISC V、PowerPC、Alpha等。我们知道电子产品正常工作必须要有操作系统和各种应用软件,没有操作系统和应用软件的芯片就是一堆废铁,而大多数人并不知道的是没有系统固件来加载操作系统的电脑亦是一堆废铁, UEFI就是由UEFI行业协会提出和维护一种行业标准的系统固件,它支持目前市面上的大多数芯片体系结构和操作系统,随着标准的不断演进相信越来越多的体系结构的芯片和操作系统会被支持。 笔者从事BIOS开发已有十余年的时间,见证了Legacy BIOS辉煌与隐退,也有幸了参与了新世纪初系统固件从Legacy BIOS往UEFI BIOS的迁移的全过程。科技行业风起云涌新技术新架构日新月异,每每回望不禁感慨我辈可谓是“眼见着他起高楼,眼见着他宴宾客”的那一波BIOS人。曾经系统固件江湖还是Legacy BIOS的天下,BIOS人使用汇编语言编码、通过中断来与操作系统沟通。自UEFI框架被广泛使以来开我们的发环境从纯汇编变成了99%的C语言加1%的汇编语言的模式,开发效率大大的加强了。 虽然UEFI框架大大加快了开发效率,但是由于系统固件开发属于比较偏门和专业的领域,学习和入门门槛比较高,现有的BIOS工程师又分布在大大小小的各个公司内部缺乏有效沟通和交流,同时BIOS源码又属于敏感和机密数据受到各种NDA限制,市面上对UEFI框架介绍的资料少之又少,因此笔者从2000左右开始就陆续以Cstyle_0x007为ID在https://blog.youkuaiyun.com/CStyle_0x007发布一系列博文,现已有数十篇原创文章。刚开始的想法是把博文当作工作笔记方便自己随时查阅,后来慢慢发展成了与业内外感兴趣的朋友的沟通交流的平台。 随手写的博文难免有错误与纰漏为了避免误导大众,准备把博文重新整理在纠正谬误同时也会补充一些新的内容,尽量做到所写的每句话都是无误的,也欢迎有兴趣的朋友踊跃提出意见和建议。组建了微信公众号,目的在于方便有兴趣的朋友一起交流,名字初步定为“固件C字营”,其中“固件”泛指一切固化的软件,这里主要指UEFI BIOS系统固件,“C”泛指“China“,我们可以把这里当作大家沟通交流的营地,我们会不定时发布一些行业资讯、工作、学习心得,感兴趣扫描下面二维码就可以加入,也可以发邮件到CstyleFirmWareCamp@outlook.com投稿分享你的想法。 本文取名《UEFI内核导读》这里的UEFI专指“UEFI BIOS”,全文专注于对UEFI内核的梳理与分享,同时兼顾对X86系统固件生态中常用的工程技术的介绍,主要包含以下内容:UEFI启动流程以及各个阶段主要完成的任务及参考的实现方式导读UEFI及PI规范中的常见Protocol的实现与使用技巧UEFI固件生态中常见外设、总线、行业标准的协议内容及使用方法 雄关漫道真如铁,而今迈步从头越,系统固件雄起之路道阻且长,相信我们的BIOS人一定可以为国产芯片的起飞助力、为系统固件团队的壮大贡献自己的一份微薄之力,为每一个不畏艰难、不惧寂寞坚守在工作岗位的BIOS人加油,好样的。
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