【前　　言】

2011年9月，筆者次接觸UEFI的項目。

當時，我們正與國內(nèi)某PC大廠合作，開發(fā)一款安全計算機。這款產(chǎn)品包含一個嵌入BIOS中的軟件模塊，此模塊是用匯編語言編寫的Option ROM。由于合作方計劃將BIOS架構全部轉為UEFI，因此要求我們將軟件模塊移植到UEFI架構下。

在對UEFI的理解還非常初級的情況下，筆者忐忑地接下了任務。用了三周時間，在AMI的集成工具上，筆者使用C語言將原有的軟件模塊重寫為了UEFI驅(qū)動，總算是圓滿完成了任務。

這之后，筆者花了不少時間去研究UEFI的公開文檔，嘗試著做了很多實驗。在此期間，UEFI規(guī)范從2.3升級到2.8；身邊的計算機運行Legacy BIOS的越來越少，運行UEFI BIOS的越來越多。UEFI的開發(fā)效率高、可擴展性好，而且系統(tǒng)性能和安全性都很高，支持X86、ARM和RISC-V等多種指令集架構。時至今日，UEFI已經(jīng)成為事實上的BIOS標準，所有有志于底層開發(fā)的工程師都有必要深入了解UEFI架構及其編程方法。

【本書的寫作初衷】

因十年前的項目機緣，筆者開始學習UEFI的相關知識，并利用業(yè)余時間，以UEFI開發(fā)探索為名，撰寫了UEFI開發(fā)的系列博客。在此期間，認識了不少業(yè)界的朋友，在產(chǎn)品開發(fā)、市場推廣方面，我們有過相當多的探討。

也是因為如此，當國產(chǎn)自主計算機從前幾年開始大批量出貨，而大部分BIOS采用了UEFI架構時，筆者一點都不感到奇怪�；�于此認識，公司的產(chǎn)品針對國產(chǎn)自主計算機的軟件架構進行了較大改造，如果沒有UEFI架構的支持，這是做不到的。

在產(chǎn)品開發(fā)的過程中，能夠參考的資料，除去UEFI規(guī)范等公開資料外，英文資料有Intel Press出版的Beyond BIOS和Harnessing the UEFI Shell。中文資料，則只有戴正華老師的《UEFI原理與編程》。作為主流的BIOS架構，可供參考的書籍實在太少。

筆者長期進行Legacy BIOS和UEFI BIOS的ROM開發(fā)，對于底層編程有豐富的項目經(jīng)驗。因此，萌生了將日常的實踐經(jīng)驗記錄下來并集結成冊的想法。希望能為UEFI的推廣，特別是國產(chǎn)化計算機的發(fā)展，貢獻自己的一份力量。

【本書特點及讀者對象】

本書以實踐為主，主要特點如下。

●是為數(shù)不多的介紹國產(chǎn)計算機UEFI開發(fā)的書籍。

●針對每個主題，都準備了相應的示例和代碼，目的是以實例講解知識點。

●偏重于解決實際項目中遇到的問題，包括漢字顯示、構建GUI界面、訪問PCIE設備和USB設備等。

書中詳細地介紹了如何在Windows/Linux主機上搭建UEFI開發(fā)和調(diào)試環(huán)境，以及構建和編譯UEFI程序，非常適合UEFI開發(fā)初學者閱讀，可以幫助他們循序漸進地進入UEFI世界。

本書也很適合UEFI的專業(yè)開發(fā)者，包括云終端、顯卡、還原卡等領域的開發(fā)者使用。書中提供的豐富的源代碼能為項目開發(fā)提供很好的參考。

【本書如何閱讀】

開發(fā)UEFI程序，要求程序員有C/C 語言的背景。如果了解對應架構（比如X86、ARM、RISC -V等）的匯編語言和Python語言，對于調(diào)試和理解編譯過程會更有幫助，當然這不是必需的。

本書的代碼倉庫為https://gitee.com/luobing4365/uefi-practical-programming.git或者https://github.com/luobing/uefi-practical-programming.git。讀者可以使用GIT工具，將代碼下載到本地閱讀。

按照本書介紹的示例進行操作，需要用到各種參考手冊，特別是UEFI規(guī)范參考手冊（目前版本為V2.8）、庫函數(shù)參考手冊等。這些文檔可以在www.uefi.org和GitHub的倉庫tianocore/tianocore.github.io中找到。

另外，在調(diào)試UEFI程序的過程中，會用到各種調(diào)試工具，包括WINDBG或DBG等，讀者可以根據(jù)自己的知識背景選擇熟悉的工具。本書沒有詳細介紹調(diào)試工具的用法，建議讀者參考張銀奎老師的《軟件調(diào)試》，這也是筆者常備的參考書籍。

【本書共分12章，具體內(nèi)容如下】

第1章　概覽了Legacy BIOS和UEFI BIOS的組成部分，并分析、比較了Legacy BIOS和UEFI BIOS的優(yōu)缺點，介紹了UEFI BIOS的組成部分和啟動過程，以及它在國產(chǎn)計算機發(fā)展中所起的作用。

第2章　介紹了如何在Windows和Linux主機上搭建UEFI的開發(fā)環(huán)境和調(diào)試環(huán)境。為方便測試和調(diào)試UEFI程序，還介紹了如何制作Legacy BIOS和UEFI BIOS下的UEFI啟動盤。

第3章　介紹了UEFI中各種工程文件的規(guī)范，包括DSC文件、INF文件和DEC文件等。詳細描述了構建UEFI應用和UEFI包的方法，以及如何使用C 語言編寫UEFI程序。

第4章　介紹了UEFI圖形顯示的原理，實現(xiàn)了各種基本圖形的顯示，并基于圖形函數(shù)，使用點陣顯示的方式，在UEFI環(huán)境下顯示漢字。另外介紹了UEFI提供的HII（人機接口基礎架構），以及使用HII實現(xiàn)漢字和字符串顯示的方法。

第5章　介紹了如何在UEFI環(huán)境下顯示BMP格式、PCX格式和JPEG格式的圖像，以及如何使用HII方式進行圖像的顯示。還介紹并實現(xiàn)了各類圖像特效，其相關方法可直接應用于各類項目中。

第6章　介紹了UEFI下GUI的基本組成和實現(xiàn)，構建了初級的UEFI GUI框架，并將開源GUI框架GuiLite移植到了UEFI環(huán)境下。

第7章　介紹了如何使用UEFI提供的API訪問各類外設，包括PCI/PCIE設備、SMBus設備和串口設備。

第8章　詳細介紹了UEFI驅(qū)動，包括服務型驅(qū)動和UEFI驅(qū)動模型。以筆者自制的開發(fā)板YIE001為例，介紹了如何編寫一種特殊的UEFI驅(qū)動Option ROM，它在顯卡、網(wǎng)卡等板卡設備上應用比較廣泛。

第9章　介紹了USB規(guī)范，以及UEFI下對USB訪問的支持。使用開發(fā)板YIE002，實現(xiàn)了自制的USB HID設備，并使用它演示如何在UEFI下訪問USB HID設備。

第10章　介紹了如何在實際的UEFI環(huán)境下，以及各種虛擬機中，搭建UEFI的網(wǎng)絡測試環(huán)境。還介紹了UEFI對網(wǎng)絡的支持，以及如何編寫UEFI下的TCP4和TCP6的網(wǎng)絡程序。

第11章　介紹了龍芯的發(fā)展歷史，以及目前的產(chǎn)品線。以龍芯主打的桌面級產(chǎn)品3A4000為例，介紹了龍芯CPU架構和指令集，以及如何使用Linux Lab學習龍芯的指令集和匯編語言。另外介紹了如何使用廠商提供的代碼和工具，配合開源的EDK2代碼，搭建龍芯平臺的UEFI開發(fā)環(huán)境。

第12章　介紹了飛騰平臺的系列產(chǎn)品，以桌面級產(chǎn)品FT-2000/4為例，對飛騰CPU架構和指令集進行了概括性描述，并使用ARM提供的開源工具，配合EDK2代碼，搭建了支持包括飛騰在內(nèi)的ARM64的UEFI開發(fā)環(huán)境。為方便沒有實際飛騰硬件平臺的開發(fā)人員使用和實驗，還介紹了如何使用QEMU搭建飛騰平臺的UEFI測試環(huán)境。

對讀者而言，如果是為X86平臺開發(fā)UEFI項目，建議先熟悉第1～3章的內(nèi)容，然后根據(jù)自己的需要選擇相應的章節(jié)進行閱讀；如果是為國產(chǎn)計算機平臺開發(fā)項目，則建議熟悉了第1～3章和第11～12章后，再去選擇相應的章節(jié)進行學習。