EFI（可擴(kuò)展固件接口）是神馬？

一、EFI (可擴(kuò)展固件接口,英文名Extensible Firmware Interface 或EFI)

由英特爾——一個(gè)主導(dǎo)個(gè)人電腦技術(shù)研發(fā)的公司推出的一種在未來(lái)的類PC的電腦系統(tǒng)中替代BIOS的升級(jí)方案。BIOS技術(shù)的興起源于IBM PC/AT機(jī)器的流行以及第一臺(tái)由康柏公司研制生產(chǎn)的“克隆”PC。在PC啟動(dòng)的過(guò)程中，BIOS擔(dān)負(fù)著初始化硬件，檢測(cè)硬件功能，以及引導(dǎo)操作系統(tǒng)的責(zé)任，在早期，BIOS還提供一套運(yùn)行時(shí)的服務(wù)程序給操作系統(tǒng)及應(yīng)用程序使用。BIOS程序存放于一個(gè)掉電后內(nèi)容不會(huì)丟失的只讀存儲(chǔ)器中，系統(tǒng)加電時(shí)處理器的第一條指令的地址會(huì)被定位到BIOS的存儲(chǔ)器中，便于使初始化程序得到執(zhí)行。

EFI的產(chǎn)生

眾所周知，英特爾在近二十年來(lái)引領(lǐng)以x86系列處理器為基礎(chǔ)的PC技術(shù)潮流，它的產(chǎn)品如CPU，芯片組等在PC生產(chǎn)線中占據(jù)絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)的位置。因此，不少人認(rèn)為這一舉動(dòng)顯示了英特爾公司欲染指固件產(chǎn)品市場(chǎng)的野心。事實(shí)上，EFI技術(shù)源于英特爾安騰處理器(Itanium)平臺(tái)的推出。

安騰處理器是英特爾瞄準(zhǔn)服務(wù)器高端市場(chǎng)投入近十年研發(fā)力量設(shè)計(jì)產(chǎn)生的與x86系列完全不同的64位新架構(gòu)。在x86系列處理器進(jìn)入32位的時(shí)代，由于兼容性的原因，新的處理器 (i80386)保留了16位的運(yùn)行方式(實(shí)模式)，此后多次處理器的升級(jí)換代都保留了這種運(yùn)行方式。甚至在含64位擴(kuò)展技術(shù)的至強(qiáng)系列處理器中，處理器加電啟動(dòng)時(shí)仍然會(huì)切換到16位的實(shí)模式下運(yùn)行。英特爾將這種情況歸咎于BIOS技術(shù)的發(fā)展緩慢。

自從PC兼容機(jī)廠商通過(guò)凈室的方式復(fù)制出第一套BIOS源程序，BIOS就以16位匯編代碼，寄存器參數(shù)調(diào)用方式，靜態(tài)鏈接，以及1MB以下內(nèi)存固定編址的形式存在了十幾年。雖然由于各大BIOS廠商近年來(lái)的努力，有許多新元素添加到產(chǎn)品中，如PnP BIOS，ACPI，傳統(tǒng)USB設(shè)備支持等等，但BIOS的根本性質(zhì)沒(méi)有得到任何改變。這迫使英特爾在開(kāi)發(fā)更新的處理器時(shí)，都必須考慮加進(jìn)使效能大大降低的兼容模式。有人曾打了一個(gè)比喻：這就像保時(shí)捷新一代的全自動(dòng)檔跑車被人生套上去一個(gè)蹩腳的掛檔器。

然而，安騰處理器并沒(méi)有這樣的顧慮，它是一個(gè)新生的處理器架構(gòu)，系統(tǒng)固件和操作系統(tǒng)之間的接口都可以完全重新定義。并且這一次，英特爾將其定義為一個(gè)可擴(kuò)展的，標(biāo)準(zhǔn)化的固件接口規(guī)范，不同于傳統(tǒng)BIOS的固定的，缺乏文檔的，完全基于經(jīng)驗(yàn)和晦澀約定的一個(gè)事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)?；贓FI的第一套系統(tǒng)產(chǎn)品的出現(xiàn)至今已經(jīng)有五年的時(shí)間，如今，英特爾試圖將成功運(yùn)用在高端服務(wù)器上的技術(shù)推廣到市場(chǎng)占有率更有優(yōu)勢(shì)的PC產(chǎn)品線中，并承諾在2006年間會(huì)投入全力的技術(shù)支持。

比較EFI和BIOS

一個(gè)顯著的區(qū)別就是EFI是用模塊化，C語(yǔ)言風(fēng)格的參數(shù)堆棧傳遞方式，動(dòng)態(tài)鏈接的形式構(gòu)建的系統(tǒng)，較BIOS而言更易于實(shí)現(xiàn)，容錯(cuò)和糾錯(cuò)特性更強(qiáng)，縮短了系統(tǒng)研發(fā)的時(shí)間。它運(yùn)行于32位或64位模式，乃至未來(lái)增強(qiáng)的處理器模式下，突破傳統(tǒng)16位代碼的尋址能力，達(dá)到處理器的最大尋址。它利用加載EFI 驅(qū)動(dòng)的形式，識(shí)別及操作硬件，不同于BIOS利用掛載實(shí)模式中斷的方式增加硬件功能。后者必須將一段類似于驅(qū)動(dòng)的16位代碼，放置在固定的 0x000C0000至0x000DFFFF之間存儲(chǔ)區(qū)中，運(yùn)行這段代碼的初始化部分，它將掛載實(shí)模式下約定的中斷向量向其他程序提供服務(wù)。例如，VGA 圖形及文本輸出中斷(INT 10h)，磁盤存取中斷服務(wù)(INT 13h)等等。由于這段存儲(chǔ)空間有限(128KB)，BIOS對(duì)于所需放置的驅(qū)動(dòng)代碼大小超過(guò)空間大小的情況無(wú)能為力。

另外，BIOS的硬件服務(wù)程序都以16位代碼的形式存在，這就給運(yùn)行于增強(qiáng)模式的操作系統(tǒng)訪問(wèn)其服務(wù)造成了困難。因此BIOS提供的服務(wù)在現(xiàn)實(shí)中只能提供給操作系統(tǒng)引導(dǎo)程序或MS-DOS 類操作系統(tǒng)使用。

而EFI系統(tǒng)下的驅(qū)動(dòng)并不是由可以直接運(yùn)行在CPU上的代碼組成的，而是用EFI Byte Code編寫而成的。這是一組專用于EFI驅(qū)動(dòng)的虛擬機(jī)器指令，必須在EFI驅(qū)動(dòng)運(yùn)行環(huán)境(Driver Execution Environment，或DXE)下被解釋運(yùn)行。這就保證了充分的向下兼容性，打個(gè)比方說(shuō)，一個(gè)帶有EFI驅(qū)動(dòng)的擴(kuò)展設(shè)備，既可以將其安裝在安騰處理器的系統(tǒng)中，也可以安裝于支持EFI的新PC系統(tǒng)中，而它的EFI驅(qū)動(dòng)不需要重新編寫。這樣就無(wú)需對(duì)系統(tǒng)升級(jí)帶來(lái)的兼容性因素作任何考慮。

另外，由于EFI 驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，所有的PC部件提供商都可以參與，情形非常類似于現(xiàn)代操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)模式，這個(gè)開(kāi)發(fā)模式曾使Windows在短短的兩三年時(shí)間內(nèi)成為功能強(qiáng)大，性能優(yōu)越的操作系統(tǒng)。基于EFI的驅(qū)動(dòng)模型可以使EFI系統(tǒng)接觸到所有的硬件功能，在操作操作系統(tǒng)運(yùn)行以前瀏覽萬(wàn)維網(wǎng)站不再是天方夜譚，甚至實(shí)現(xiàn)起來(lái)也非常簡(jiǎn)單。這對(duì)基于傳統(tǒng)BIOS的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是件不可能的任務(wù)，在BIOS中添加幾個(gè)簡(jiǎn)單的USB設(shè)備支持都曾使很多BIOS設(shè)計(jì)師痛苦萬(wàn)分，更何況除了添加對(duì)無(wú)數(shù)網(wǎng)絡(luò)硬件的支持外，還得憑空構(gòu)建一個(gè)16位模式下的TCP/IP協(xié)議棧。

一些人認(rèn)為BIOS只不過(guò)是由于兼容性問(wèn)題遺留下來(lái)的無(wú)足輕重的部分，不值得為它花費(fèi)太大的升級(jí)努力。而反對(duì)者認(rèn)為，當(dāng)BIOS的出現(xiàn)制約了PC技術(shù)的發(fā)展時(shí)，必須有人對(duì)它作必要的改變。

EFI和操作系統(tǒng)

EFI在概念上非常類似于一個(gè)低階的操作系統(tǒng)，并且具有操控所有硬件資源的能力。不少人感覺(jué)它的不斷發(fā)展將有可能代替現(xiàn)代的操作系統(tǒng)。事實(shí)上，EFI 的締造者們?cè)诘谝话嬉?guī)范出臺(tái)時(shí)就將EFI的能力限制于不足以威脅操作系統(tǒng)的統(tǒng)治地位。

首先，它只是硬件和預(yù)啟動(dòng)軟件間的接口規(guī)范；其次，EFI環(huán)境下不提供中斷的訪問(wèn)機(jī)制，也就是說(shuō)每個(gè)EFI驅(qū)動(dòng)程序必須用輪詢的方式來(lái)檢查硬件狀態(tài)，并且需要以解釋的方式運(yùn)行，較操作系統(tǒng)下的驅(qū)動(dòng)效率更低；再則，EFI系統(tǒng)不提供復(fù)雜的存儲(chǔ)器保護(hù)功能，它只具備簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)器管理機(jī)制，具體來(lái)說(shuō)就是指運(yùn)行在x86處理器的段保護(hù)模式下，以最大尋址能力為限把存儲(chǔ)器分為一個(gè)平坦的段，所有的程序都有權(quán)限存取任何一段位置，并不提供真實(shí)的保護(hù)服務(wù)。

當(dāng)EFI所有組件加載完畢時(shí)，系統(tǒng)可以開(kāi)啟一個(gè)類似于操作系統(tǒng)Shell的命令解釋環(huán)境，在這里，用戶可以調(diào)入執(zhí)行任何EFI應(yīng)用程序，這些程序可以是硬件檢測(cè)及除錯(cuò)軟件，引導(dǎo)管理，設(shè)置軟件，操作系統(tǒng)引導(dǎo)軟件等等。理論上來(lái)說(shuō)，對(duì)于 EFI應(yīng)用程序的功能并沒(méi)有任何限制，任何人都可以編寫這類軟件，并且效果較以前MS-DOS下的軟件更華麗，功能更強(qiáng)大。一旦引導(dǎo)軟件將控制權(quán)交給操作系統(tǒng)，所有用于引導(dǎo)的服務(wù)代碼將全部停止工作，部分運(yùn)行時(shí)代服務(wù)程序還可以繼續(xù)工作，以便于操作系統(tǒng)一時(shí)無(wú)法找到特定設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，該設(shè)備還可以繼續(xù)被使用。

EFI的組成

　　一般認(rèn)為，EFI由以下幾個(gè)部分組成：

　　1. Pre-EFI初始化模塊

　　2. EFI驅(qū)動(dòng)執(zhí)行環(huán)境

　　3. EFI驅(qū)動(dòng)程序

　　4. 兼容性支持模塊(CSM)

　　5. EFI高層應(yīng)用

　　6. GUID(GPT) 磁盤分區(qū)

在實(shí)現(xiàn)中，EFI初始化模塊和驅(qū)動(dòng)執(zhí)行環(huán)境通常被集成在一個(gè)只讀存儲(chǔ)器中。Pre-EFI初始化程序在系統(tǒng)開(kāi)機(jī)的時(shí)候最先得到執(zhí)行，它負(fù)責(zé)最初的 CPU，主橋及存儲(chǔ)器的初始化工作，緊接著載入EFI驅(qū)動(dòng)執(zhí)行環(huán)境(DXE)。當(dāng)DXE被載入運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)便具有了枚舉并加載其他EFI驅(qū)動(dòng)的能力。

在基于PCI架構(gòu)的系統(tǒng)中，各PCI橋及PCI適配器的EFI驅(qū)動(dòng)會(huì)被相繼加載及初始化；這時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)而枚舉并加載各橋接器及適配器后面的各種總線及設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，周而復(fù)始，直到最后一個(gè)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序被成功加載。

正因如此，EFI驅(qū)動(dòng)程序可以放置于系統(tǒng)的任何位置，只要能保證它可以按順序被正確枚舉。例如一個(gè)具PCI總線接口的ATAPI大容量存儲(chǔ)適配器，其EFI驅(qū)動(dòng)程序一般會(huì)放置在這個(gè)設(shè)備的符合PCI規(guī)范的擴(kuò)展只讀存儲(chǔ)器(PCI Expansion ROM)中，當(dāng)PCI總線驅(qū)動(dòng)被加載完畢，并開(kāi)始枚舉其子設(shè)備時(shí)，這個(gè)存儲(chǔ)適配器旋即被正確識(shí)別并加載它的驅(qū)動(dòng)程序。部分EFI驅(qū)動(dòng)程序還可以放置在某個(gè)磁盤的EFI專用分區(qū)中，只要這些驅(qū)動(dòng)不是用于加載這個(gè)磁盤的驅(qū)動(dòng)的必要部件。

在EFI規(guī)范中，一種突破傳統(tǒng)MBR磁盤分區(qū)結(jié)構(gòu)限制的GUID磁盤分區(qū)系統(tǒng)(GPT)被引入，新結(jié)構(gòu)中，磁盤的分區(qū)數(shù)不再受限制(在MBR結(jié)構(gòu)下，只能存在4個(gè)主分區(qū))，并且分區(qū)類型將由GUID來(lái)表示。在眾多的分區(qū)類型中，EFI系統(tǒng)分區(qū)可以被EFI系統(tǒng)存取，用于存放部分驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用程序。很多人擔(dān)心這將會(huì)導(dǎo)致新的安全性因素，因?yàn)镋FI系統(tǒng)比傳統(tǒng)的BIOS更易于受到計(jì)算機(jī)病毒的攻擊，當(dāng)一部分EFI驅(qū)動(dòng)程序被破壞時(shí)，系統(tǒng)有可能面臨無(wú)法引導(dǎo)的情況。

實(shí)際上，系統(tǒng)引導(dǎo)所依賴的EFI驅(qū)動(dòng)部分通常都不會(huì)存放在EFI的 GUID分區(qū)中，即使分區(qū)中的驅(qū)動(dòng)程序遭到破壞，也可以用簡(jiǎn)單的方法得到恢復(fù)，這與操作系統(tǒng)下的驅(qū)動(dòng)程序的存儲(chǔ)習(xí)慣是一致的。CSM是在x86平臺(tái)EFI 系統(tǒng)中的一個(gè)特殊的模塊，它將為不具備EFI引導(dǎo)能力的操作系統(tǒng)提供類似于傳統(tǒng)BIOS的系統(tǒng)服務(wù)。

EFI的發(fā)展

英特爾無(wú)疑是推廣EFI的積極因素，近年來(lái)由于業(yè)界對(duì)其認(rèn)識(shí)的不斷深入，更多的廠商正投入這方面的研究。包括英特爾，AMD在內(nèi)的一些PC生產(chǎn)廠家聯(lián)合成立了聯(lián)合可擴(kuò)展固件接口論壇，它將在近期推出第一版規(guī)范。這個(gè)組織將接手規(guī)劃EFI發(fā)展的重任，并將英特爾的EFI框架解釋為這個(gè)規(guī)范的一個(gè)具體實(shí)現(xiàn)。另外，各大BIOS提供商如Phoenix, AMI等，原先被認(rèn)為是EFI發(fā)展的阻礙力量，現(xiàn)在也不斷的推出各自的解決方案。分析人士指出，這是由于BIOS廠商在EFI架構(gòu)中重新找到了諸如 Pre-EFI啟動(dòng)環(huán)境之類的市場(chǎng)位置，然而，隨著EFI在PC系統(tǒng)上的成功運(yùn)用，以及英特爾新一代芯片組的推出，這一部分市場(chǎng)份額將會(huì)不出意料的在英特爾的掌控之中。