UEFI（提供连接操作系统与硬件的接口）-趣爱秀

百科名片

新型UEFI，全称“统一的可扩展固件接口”(Unified Extensible Firmware Interface)，是一种详细描述全新类型接口的标准。这种接口用于操作系统自动从预启动的操作环境，加载到一种操作系统上，从而使开机程序化繁为简，节省时间。

简介

可扩展固件接口（Extensible Firmware Interface，EFI）是 Intel 为全新类型的 PC 固件的体系结构、接口和服务提出的建议标准。其主要目的是为了提供一组在 OS 加载之前（启动前）在所有平台上一致的、正确指定的启动服务，被看做是有近20多年历史的PC BIOS的继任者。

由于电脑教育普及，很多人都知道BIOS就是Basic Input/Output System，翻成中文是“基本输入/输出系统”，是一种所谓的“固件”，负责在开机时做硬件启动和检测等工作，并且担任操作系统控制硬件时的中介角色。

然而，那些都是过去DOS 时代的事情，自从Windows NT出现，Linux 开始崭露头角后，这些操作系统已将过去需要通过BIOS完成的硬件控制程序放在操作系统中完成，不再需要调用BIOS功能。一般来说，当今所谓的“电脑高手”，多半是利用BIOS来对硬件性能做些超频调校，除了专业人士外，鲜有人再利用 BIOS 进行底层工作。

因为硬件发展迅速，传统式（Legacy）BIOS 成为进步的包袱，现在已发展出最新的EFI（Extensible Firmware Interface）可扩展固件接口，以现在传统 BIOS 的观点来说，未来将是一个“没有特定 BIOS”的电脑时代。

UEFI是由EFI1.10为基础发展起来的，它的所有者已不再是Intel，而是一个称作Unified EFI Form的国际组织，贡献者有Intel，Microsoft，AMI，等几个大厂，属于open source，目前版本为2.3.1。与legacy BIOS 相比，最大的几个区别在于：

1. 编码99%都是由C语言完成；

2. 一改之前的中断、硬件端口操作的方法，而采用了Driver/protocol的新方式；

3. 将不支持X86实模式，而直接采用Flat mode（也就是不能用DOS了，现在有些 EFI 或 UEFI 能用是因为做了兼容，但实际上这部分不属于UEFI的定义了）；

4. 输出也不再是单纯的二进制code，改为Removable Binary Drivers；

5. OS启动不再是调用Int19，而是直接利用protocol/device Path；

6. 对于第三方的开发，前者基本上做不到，除非参与BIOS的设计，但是还要受到ROM的大小限制，而后者就便利多了。

7.弥补BIOS对新硬件的支持不足的毛病。

UEFI将是近3年的趋势，到时候对于PC的利用以及维护都将步入一个新的时代。

结构

UEFI使用模块化设计，它在逻辑上可分为硬件控制和OS软件管理两部分：操作系统—可扩展固件接口—固件—硬件。

根据UEFI概念图的结构，可把uEFI概念划为两部分：uEFI的实体（uEFI Image）跟平台初始化框架。

uEFI的实体-uEFI Image

（图中蓝框围起部分）

根据uEFI规范定义，uEFI Image包含三种：uEFI Applications, OS Loaders and uEFI Drivers。

uEFI Applications是硬件初始化完，操作系统启动之前的核心应用，比如：启动管理、BIOS设置、uEFI Shell、诊断程式、调度和供应程式、调试应用...等等

OS Loaders是特殊的uEFI Application，主要功能是启动操作系统并退出和关闭uEFI应用。

uEFI Drivers是提供设备间接口协议，每个设备独立运行提供设备版本号和相应的参数以及设备间关联，不再需要基于操作系统的支持。

平台初始化框架

uEFI框架主要包含两部分，一是PEI（EFI预初始化），另一部分是驱动执行环境 (DXE)。

PEI主要是用来检测启动模式、加载主存储器初始化模块、检测和加载驱动执行环境核心。

DXE是设备初始化的主要环节，它提供了设备驱动和协议接口环境界面。

UEFI

没有一项技术可以像BIOS一样从PC兴起以来一直发展到现在却没有变，不过主板制造商微星最近表示，我们熟悉的BIOS可能会在三年内被UEFI取代用户的需求和存储技术的进步让UEFI的实施成为非常容易的工作，因此不需要付出太多的资源就可以实现转换。

优点

纠错特性

与BIOS显着不同的是，UEFI是用模块化、C语言风格的参数堆栈传递方式、动态链接的形式构建系统，它比BIOS更易于实现，容错和纠错特性也更强，从而缩短了系统研发的时间。更加重要的是，它运行于32位或64位模式，突破了传统16位代码的寻址能力，达到处理器的最大寻址，此举克服了BIOS代码运行缓慢的弊端。

兼容性

与BIOS不同的是，UEFI体系的驱动并不是由直接运行在CPU上的代码组成的，而是用EFI Byte Code（EFI字节代码）编写而成的。Java是以“Byte Code”形式存在的，正是这种没有一步到位的中间性机制，使Java可以在多种平台上运行。UEFI也借鉴了类似的做法。EFI Byte Code是一组用于UEFI驱动的虚拟机器指令，必须在UEFI驱动运行环境下被解释运行，由此保证了充分的向下兼容性。

一个带有UEFI驱动的扩展设备既可以安装在使用安腾的系统中，也可以安装在支持UEFI的新PC系统中，它的UEFI驱动不必重新编写，这样就无须考虑系统升级后的兼容性问题。基于解释引擎的执行机制，还大大降低了UEFI驱动编写的复杂门槛，所有的PC部件提供商都可以参与。

鼠标操作

UEFI内置图形驱动功能，可以提供一个高分辨率的彩色图形环境，用户进入后能用鼠标点击调整配置，一切就像操作Windows系统下的应用软件一样简单。

可扩展性

UEFI将使用模块化设计，它在逻辑上分为硬件控制与OS（操作系统）软件管理两部分，硬件控制为所有UEFI版本所共有，而OS软件管理其实是一个可编程的开放接口。借助这个接口，主板厂商可以实现各种丰富的功能。比如我们熟悉的各种备份及诊断功能可通过UEFI加以实现，主板或固件厂商可以将它们作为自身产品的一大卖点。UEFI也提供了强大的联网功能，其他用户可以对你的主机进行可靠的远程故障诊断，而这一切并不需要进入操作系统。

图形界面

目前UEFI主要由这几部分构成：UEFI初始化模块、UEFI驱动执行环境、UEFI驱动程序、兼容性支持模块、UEFI高层应用和GUID磁盘分区组成。

UEFI初始化模块和驱动执行环境通常被集成在一个只读存储器中，就好比如今的BIOS固化程序一样。UEFI初始化程序在系统开机的时候最先得到执行，它负责最初的CPU、北桥、南桥及存储器的初始化工作，当这部分设备就绪后，紧接着它就载入UEFI驱动执行环境（Driver Execution Environment，简称DXE）。当DXE被载入时，系统就可以加载硬件设备的UEFI驱动程序了。DXE使用了枚举的方式加载各种总线及设备驱动，UEFI驱动程序可以放置于系统的任何位置，只要保证它可以按顺序被正确枚举。借助这一点，我们可以把众多设备的驱动放置在磁盘的UEFI专用分区中，当系统正确加载这个磁盘后，这些驱动就可以被读取并应用了。在这个特性的作用下，即使新设备再多，UEFI也可以轻松地一一支持，由此克服了传统BIOS捉襟见肘的情形。UEFI能支持网络设备并轻松联网，原因就在于此。

值得注意的是，一种突破传统MBR（主引导记录）磁盘分区结构限制的GUID（全局唯一标志符）磁盘分区系统将在UEFI规范中被引入。MBR结构磁盘只允许存在4个主分区，而这种新结构却不受限制，分区类型也改由GUID来表示。在众多的分区类型中，UEFI系统分区用来存放驱动和应用程序。很多朋友或许对这一点感到担心：当UEFI系统分区遭到破坏时怎么办？而容易受病毒侵扰更是UEFI被人诟病的一大致命缺陷。事实上，系统引导所依赖的UEFI驱动通常不会存放在UEFI系统分区中，当该分区的驱动程序遭到破坏，我们可以使用简单方法加以恢复，根本不用担心。

X86处理器能够取得成功，与它良好的兼容性是分不开的。为了让不具备UEFI引导功能的操作系统提供类似于传统BIOS的系统服务，UEFI还特意提供了一个兼容性支持模块，这就保证了UEFI在技术上的良好过渡。