【新书速递】UEFI开发探索
作为信息时代的一员，很多人每天坐在办公桌前，开始一天工作时，都会按下计算机的开机键。每个人的计算机都会从形形色色的启动界面开始，进入到Windows、Mac OS或者Linux系统。相比于这些鼎鼎大名的操作系统，隐藏在启动界面之后的世界却鲜为人知。
这是一个被称为BIOS（Basic Input and Output System，基本输入输出系统）的世界，它是连接每台计算设备和操作系统的纽带。可以这么说，没有它的工作，这些计算设备和砖头没有什么区别—只是更贵些罢了。
与计算机领域的其他软件一样，BIOS也经历了长期的发展。在个人计算机出现的近40年间，各个厂商互相博弈，在市场上拼杀，有些BIOS技术留下来了，而更多的消失在残酷的竞争之中。在这个过程中，大致可以将其分为两个时期：Legacy BIOS时期和UEFI BIOS时期。
Legacy BIOS存在近40年，由于其本身的局限性，一直无法跟上硬件的发展，并且在可编程性、可维护性、安全性方面表现很差。UEFI推出之后，上述的问题都被很好地解决了，并且因为其对64位良好的适应性（UEFI最初就是针对64位安腾平台设计的），迅速取代了Legacy BIOS。
得益于UEFI良好的设计，在目前国产计算机中，普遍采用它作为BIOS的架构。如今，UEFI已经成为事实上的BIOS标准，所有想深入理解计算机系统，有志于底层开发的工程师都有必要深入了解UEFI架构及其编程方法。
作为主流的BIOS架构，可供参考的书籍实在太少。《UEFI编程实践》一书则填补了这方面知识的空缺。
《UEFI编程实践》
书中提供了33个UEFI应用和驱动示例，以及多个用来配合实验的Windows程序、Linux程序和嵌入式程序。涵盖了构建程序架构、调试方法、构建GUI、各种总线外设的访问、网络应用开发、UEFI驱动和Option ROM开发等内容，特别介绍了国产计算机下的UEFI开发，是偏实战操作的技术性书籍。
1 、内容简介
《UEFI编程实践》总共12章，可分为四个部分，其内容编排如下：
✨第一部分 UEFI环境搭建及UEFI应用构建
第一部分介绍UEFI的基本知识，包括UEFI的发展、开发和调试环境的搭建，以及UEFI程序的构建。特别是调试部分，是后续开发中经常需要使用的。这部分包括第1章、第2章和第3章。
第1章 UEFI的世界
概览了Legacy BIOS和UEFI BIOS的组成部分，并分析比较了UEFI BIOS和Legacy BIOS的优缺点。介绍了UEFI BIOS的组成部分和启动过程，以及它在国产计算机发展中所起的作用；
第2章 UEFI开发和调试环境搭建
介绍了如何在Windows和Linux主机上，搭建UEFI的开发环境和调试环境。为方便测试和调试UEFI程序，本章还介绍了如何制作Legacy BIOS和UEFI BIOS下的UEFI启动盘。
第3章 构建UEFI应用
介绍了UEFI各种工程文件的规范，包括DSC文件、INF文件和DEC文件等。详细描述了构建UEFI应用和UEFI Package的方法，以及如何使用C++语言编写UEFI程序。
✨第二部分 图形图像、汉字显示和GUI构建
第二部分开始，进入实际的项目试验。此部分包括第4章、第5章和第6章。介绍了UEFI图形编程、汉字显示、图像显示，并在这些知识的基础上构建了UEFI的GUI（图形用户接口）。
第4章 图形与汉字显示
介绍UEFI图形显示的原理，实现了各种基本图形的显示。并基于这些函数，使用点阵显示的方式，在UEFI环境下显示汉字。另外还介绍了UEFI提供的HII（人机接口基础架构），以及使用HII实现汉字和字符串的显示。
第5章 图像显示及特效
介绍如何在UEFI环境下，显示BMP格式、PCX格式和JPEG格式的图像。以及如何使用HII方式，进行图像的显示。介绍并实现了各类图像特效，可直接应用于各类项目中。
第6章 GUI开发与移植
介绍了UEFI下GUI的基本组成和实现，构建了初级的UEFI GUI框架。并将开源GUI框架GuiLite，移植到了UEFI环境下。
✨第三部分 UEFI下访问各类总线设备
实际项目中，需要通过各种总线将软硬件有机地结合起来。第三部分介绍了如何在UEFI下通过各种总线访问硬件设备，以及使用相关的协议，包括PCI/PCIE、SMBus、串口、USB和网络，并介绍了UEFI驱动以及Option ROM的编写方法。本部分包括第7章、第8章、第9章和第10章共四章。
第7章 UEFI环境下访问外设
介绍如何使用UEFI提供的API访问各类外设，包括PCI/PCIE设备、SMBus设备和串口设备。
第8章 UEFI驱动与Option ROM
详细介绍了UEFI驱动，包括服务型驱动和UEFI驱动模型。以作者自制的开发板YIE001为例，介绍了如何编写一种特殊的UEFI驱动-Option ROM，它在显卡、网卡等板卡设备上有比较广泛的作用。
第9章 UEFI与USB
介绍了USB规范，以及UEFI下对USB访问的支持。使用开发板YIE002，实现了自制的USB HID设备，并使用它演示如何在UEFI下访问USB HID设备。
第10章 UEFI与网络
介绍了如何在实际UEFI环境下，以及各种虚拟机中，搭建UEFI的网络测试环境。本章还介绍了UEFI对网络的支持，以及如何编写UEFI下的TCP4和TCP6的网络程序。
✨第四部分 国产计算机与UEFI
本部分介绍了国产计算机龙芯和飞腾的现状，以及如何使用X86的Windows/Linux主机，搭建跨平台的UEFI开发和编译环境。第11章和第12章属于第四部分。
第11章 龙芯平台上开发UEFI程序
介绍了龙芯的发展历史，以及其目前的产品线。以龙芯主打的桌面级产品3A4000为例，介绍了龙芯CPU架构和指令集，以及如何使用Linux Lab学习龙芯的指令集和汇编语言。另外还介绍了如何使用厂商提供的代码和工具，配合开源的EDK2代码，搭建龙芯平台的UEFI开发环境。
第12章 飞腾平台上开发UEFI程序
介绍了飞腾平台的系列产品，以桌面级产品FT2000/4为例，对飞腾CPU架构和指令集进行了概括性描述。并使用ARM提供的开源工具，配合EDK2代码，搭建了支持包括飞腾在内的ARM64的UEFI开发环境。为方便没有实际飞腾硬件平台的开发人员，还介绍了如何使用Qemu搭建飞腾平台的UEFI测试环境。
2 、代码库
为方便读者阅读，作者在Gitee和Github上建好了本书的代码仓库，地址如下：
⚡️ Github代码仓库 https://github.com/luobing/uefi-practical-programming
⚡️Gitee代码仓库 https://gitee.com/luobing4365/uefi-practical-programming
代码库中的文件可以分为几类：
示例工程。为阐述某个议题而编写的代码，包括UEFI应用和UEFI驱动，主要包含在RobinPkg 文件夹下；
框架工程。包括开发用的几种UEFI应用框架，调试时用的框架工程，分散在每章的文件夹中；
辅助工具。每章的实验中，需要用到的测试代码和工具。比如第4章的汉字提取工具、第9章的USB HID设备代码等。
书中的UEFI代码，基本上是在Win10下，使用UDK2018+Visual Studio 2015进行编译开发的。辅助工具中的代码，则包含了嵌入式工程、Windows的MFC工程和Linux下的工程。主要使用了以下几种开发工具：
嵌入式工程：MDK-ARM 5.14.0.0
Windows MFC工程：Visual Studio 2015
Windows Application工程：Visual Studio 2015
Linux工程（主要是网络程序）：GCC 7.5.0
更多的信息，请参考Gitee代码库或Github代码库中的说明，以及《UEFI编程实践》一书中的介绍。
3 实验用开发板
《UEFI编程实践》的实验，基本都可以使用EDK2模拟器，或者在实际硬件环境的UEFI Shell中进行。有些实验，可以使用虚拟机来进行。不过，有两个实验，是必须要实际的硬件设备支持的。
第8章介绍的UEFI驱动和PCI Option ROM开发，以及第9章介绍的UEFI下的USB开发，必须用到PCIE板卡和支持USB开发的嵌入式开发板。
为此，作者特别做了两个开发板，也即博客中介绍过的YIE001和YIE002。如下图所示：
YIE001开发板是为开发UEFI Option ROM而制作的，其目的为了演示Option ROM代码如何调用Protocol、如何控制硬件。它是一块PCIe的板卡，提供了拨动开关控制、LED灯的控制以及I2C的接口。
YIE002开发板则是一块U盘大小的开发板，主要目的是为了进行USB HID设备的开发。实际上在此开发板上，提供了LED、按键、TTL串口、RS232串口和RS485串口的功能，是一个便于携带的小型开发板。
书中使用它们，是为了便于讲解。作者目前没有计划去打样生产，想到硬件生产那一堆的工作，头有点大。
读者完全可以使用自己手中的开发板，去进行第8章和第9章的实验。YIE001作为PCIE开发板，可能不容易找到，开发板卡（比如网卡、显卡）的读者应该会有这方面的资源，书中的代码稍作修改就可运行。
YIE002作为实现USB HID设备的开发板，有很多可以替代的。比如正点原子的F1战舰和F4探索者开发板，都可以使用。作者手上有款F4探索者，最早的USB HID嵌入式工程，就是在它上面实现的。代码库的chap09文件夹下，把这个项目工程STM32F4_UEFI放进去了，供读者参考。
针对YIE001开发板和YIE002开发板，作者做了十几个有趣的实验，有兴趣的读者也可以查看：https://zhuanlan.zhihu.com/p/405897922 。
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