UEFI开发探索36 – UEFI Option ROM

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#UEFI编程 #UEFI OptionROM #底层编程 #PCI/PCIE #UEFI Driver

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本文深入探讨UEFI OptionROM的开发流程，包括其结构、加载机制、生成方法及软件结构设计。通过对比Legacy BIOS OptionROM，阐述了UEFI环境下OptionROM的优势与处理过程。

(请保留-> 作者: 罗冰 https://blog.youkuaiyun.com/luobing4365)

Option ROM的开发不是一门显学，相关的资料也少得可怜。如果是在ODM厂商工作，或者做BIOS相关的工作，可以接触到很多相关的材料。不过，对我这种必须开发Option ROM，公司又不是相关行业的，非常少见。这也导致在开发Legacy BIOS的Oprom时，只能一点点摸索，遇到的问题如山之多。

UEFI下开发Option ROM相对好多了，一方面资料比较全面，EDK的文档组织还是比较明晰的；另一方面，它也提供了标准的工具，非常便利。我自己的测试卡是PCIE接口的，接下来讨论的Option ROM是针对PCI扩展ROM的（ISA ROM在UEFI spec中好像不支持了）。

UEFI的Option ROM结构与之前介绍的Legacy BIOS Oprom类似：

图1 UEFI Option ROM结构(From UEFI Spec 2.8 page 723)

毕竟都是脱胎于PCI/PCIE规范，和Legacy Option ROM的结构是相同的。UEFI Option ROM利用了之前保留的字节（偏移0x04处），用来表明自己的身份。

1 UEFI Option ROM的加载过程

在MdeModulePkg的源文件MdeModulePkg\Bus\Pci\PciBusDxe\PciOptionRomSupport.c中，可以窥见UEFI Option ROM的处理过程。源文件中包含了处理Option ROM的8个函数：

图2 UDK2018 MdeModulePkg中处理UEFI Option ROM的代码

Option ROM的执行文件不是在Flash上运行的，它会被拷贝到内存中，然后在内存中执行。Legacy BIOS的Option ROM一般加载到0xC0000~0xE0000（即0xC000段至0xE000段），而UEFI Option ROM并没有这样的约定。

仔细读读ProcessOpRomImage()的代码，可以窥见处理Option Rom的过程。

ProcessOpRomImage()的入口参数只有一个：PCI_IO_DEVICE *PciDevice。这是一个指向PCI设备的指针，包含了设备的所有属性以及其兄弟设备、父设备的信息。数据结构PCI_IO_DEVICE定义在PciBus.h中，可以对照PCI协议去理解。

函数中用do-while循环对设备进行循环处理，寻找到Option ROM的ROM signature(也即0xAA55)。而后对ROM结构进行分析，包括是否为EFI image、机器类型是否支持等，并创建其设备路径(DevicePath)。

在UEFI中，使用Device Path去描述一个设备的位置信息，总线、启动项等也常用它来描述。进入UEFI shell的时候，出现的各设备的字符串描述，就是Device Path:

图3 TianoCore模拟环境中的启动信息

Device Path共有六种，在Uefi Spec中有详细的描述：

图4 Device Path 分类(UEFI Spec 2.8 page 285)

函数中创建的Option ROM device path类型为MEDIA_DEVICE_PATH，这是一种能够作为启动项设备的Device Path。

创建完成后，调用LoadImage()和StartImage()，执行Option ROM代码。

图5 PciOptionRomSupport.c的ProcessOptionRomImage()

2 如何生成UEFI Option ROM

UEFI Option ROM实际上是UEFI driver的一种，EDKII提供了相应的工具，将生成文件转换为Option ROM。前面已经说过了，我们现在所开发的option ROM，主要是PCI Option ROM。关于PCI Option ROM的内容可以参考《EDKII Driver Writer’s Guide for UEFI 2.3.1》，以下的介绍也主要来自于这个文档。

有两种方法可以生成PCI Option ROM镜像，使用工具EfiRom转换或直接使用EDKII的INF/FDF文件编译生成。

EfiRom提供了源代码，允许用户在任何支持EDKII的操作系统上编译。源代码位于\BaseTools\Source\C\EfiRom下，在我开发用的机器上(Win10)，编译后的执行文件位于\BaseTools\Bin\Win32。

它提供的功能如下：

图6 EfiRom功能列表

UEFI Option ROM是通过UEFI Driver转换而来的，至于如何编写UEFI driver，那是另外一个议题，这里不展开。

EfiRom会对传入的efi文件(UEFI Driver)进行验证，比如Rom头是不是0xAA55、PCI数据结构标识是不是“PCIR”等。任何一项检查不通过，则EfiRom会退出，创建Option ROM的过程将被终止。

生成命令如下：

EfiRom -f 0x9999 -i 0x8000 -e pcidriver.efi

其中，-f后指定Verdor ID，-i后指定 Device ID，-e之后给定需要转换的文件。更多的转换方法，包括如何与Legacy Option ROM一起打包转换、如何压缩等，请参考之前提到的手册《EDKII Driver Writer’s Guide for UEFI 2.3.1》第18章第7节。

另一种转换方法是使用INF/FDF，在build命令执行的时候，自动调用efirom将其转换为指定的Option ROM。这是我常用的方法，编译的同时就完成了转换过程，一个典型的INF例子如下：