【UEFI系列】PEI阶段讲解

UEFI系列文章目录

第一章 SEC阶段讲解
第二章 PEI阶段讲解

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前言

众所周知，UEFI bios分为四个阶段：SEC、PEI、DXE、BDS，运行完毕才能进到setup界面或是进入操作系统。
x86平台较为经典，而ARM在UEFI之前需要运行ATF(Arm Trusted Firmware)，ATF做了SEC和PEI的部分工作，且ARM部分平台不需要PEI。

这篇文章着重介绍UEFI bios的PEI阶段。

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提示：以下皆基于x86 UEFI bios

一、PEI阶段

PEI: Pre-EFI initialization 预初始化阶段

1.为什么需要PEI？

内存还未初始化。
芯片组还未初始化。
ROM上要执行的code还没被解压。

2.PEI阶段做了哪些事情？

• CPU\芯片组\内存初始化
• 把PEI阶段收集到的某些信息会存放进Hob，传递给下一个阶段：DXE
• 控制权交给DXE
• 固件损坏后的紧急修复（recovery）
• 从 S3 睡眠状态（CPU停止工作，挂起到内存RAM）恢复
  (Disable CAR, Eable Cache恢复成缓存本身的作用)

3.PEI组成元素

• PEI Core
  为提供PEIMservice
  加载执行PEIM
• PEI Service
  PEl Core服务例程（函数），所有PEIM都可以使用它们
• PEIM
  意思是PEI Module，PEI阶段执行模块的type名
• PPI
  PEl to PEl Interface , PEIM为其他PEIM提供调用接口
  （需要其他地方install了才能去locate）

二、PEI Service

1.PPI Service
{InstallPpi
ReInstallPpi
LocatePpi
NotifyPpi
}
2.Boot Mode Services | s3、s4、s5、recovery、flash更新等
{GetBootMode
SetBootMode
}
3.HOB Services
{CreateHob
GetHobList
}
4.Firmware Volume Service | 固件空间
{FfsFindNextVolume
FfsFindNextFile
FfsFindSectionData
}
5.PEI Memory Service | 内存
{
InstallPeiMemory
AllocatePages
AllocatePool
CopyMem
SetMem
}
6.Status Code Service | 状态
{ReportStatusCode
}
7.Reset Service
{ResetSystem
}

其中ppi相关非常重要。
installppi是安装ppi，每个ppi都有其特定的guid，写了不同的功能后installppi来安装好。后续可通过在需要的地方locateppi调用。
reinstallppi就是字面上的重新安装。
notifyppi一种类似中断的回调触发，在对应的ppi被install或reinstall会触发。

Hob的CreateHobH和GetHobList其实都是PEI时用的，前者是创建Hob，后者是获取HobList的地址（要想找到自己创建的hob，还需调用其他函数和循环来找，比如通过当时存储的guid）。

ReportStatusCode是往80 port上写值。

三、PEI flow

• 初始化PEI Core
• 有序dispatch分发PEIM执行（执行的PEIM都会有一个entry point入口函数）
  如果设置了priority的话会按照优先级顺序执行，也会按照依赖里的guid是否install上去，没装上去就靠后、等待guid装上去了再执行。
• PEI Core dispatch DXE Ipl结束，load进DXE

四、InstallPpi和LocatePpi举例

举例InstallPpi:
1.定义guid gCMOSREADWRITEGuid和我要执行的功能CMOSPpi

EFI_GUID gCMOSREADWRITEGuid={0x41122338, 0x5678, 0x1234, {0x22, 0x55, 0x56, 0xe7, 0x55, 0xb2, 0x78, 0x77}};
void peiwritecmos8(UINT8 OFFSET,UINT8 DATA){IoWrite8(WRITE_READ_INDEX,OFFSET);IoWrite8(WRITE_READ_DATA,DATA);  }
UINT8 peireadcmos8( UINT8 OFFSET_READ){IoWrite8(WRITE_READ_INDEX,OFFSET_READ);return IoRead8(WRITE_READ_DATA);}
typedef void(EFIAPI *WRITE_CMOS)(UINT8 OFFSET,UINT8 DATA);
typedef UINT8(EFIAPI *READ_CMOS)(UINT8 OFFSET_READ);
typedef struct SHOW_CMOS{WRITE_CMOS peiwritecmos8;READ_CMOS  peireadcmos8;
}CMOS_READ_WRITE;static CMOS_READ_WRITE CMOSPpi ={peiwritecmos8,peireadcmos8 
};

2.拿着gCMOSREADWRITEGuid、CMOSPpi，按照格式写EFI_PEI_PPI_DESCRIPTOR结构CMOS_PPI_WRITE_READ

static EFI_PEI_PPI_DESCRIPTOR CMOS_PPI_WRITE_READ[]= {
{ EFI_PEI_PPI_DESCRIPTOR_PPI | EFI_PEI_PPI_DESCRIPTOR_TERMINATE_LIST,&gCMOSREADWRITEGuid, &CMOSPpi}
};

入口函数内：将写好的CMOS_PPI_WRITE_READ拿来安装

(*PeiServices)->InstallPpi(PeiServices, CMOS_PPI_WRITE_READ);

举例LocatePpi:

EFI_GUID gCMOSREADWRITEGuid={0x41122338, 0x5678, 0x1234, {0x22, 0x55, 0x56, 0xe7, 0x55, 0xb2, 0x78, 0x77}};
typedef void(EFIAPI *WRITE_CMOS)(UINT8 OFFSET,UINT8 DATA);
typedef UINT8(EFIAPI *READ_CMOS)(UINT8 OFFSET_READ);
typedef struct SHOW_CMOS{WRITE_CMOS peiwritecmos8;READ_CMOS  peireadcmos8;
}CMOS_READ_WRITE;//入口函数内
CMOS_READ_WRITE         *readwritecmosppi;(*PeiServices)->LocatePpi(PeiServices,&gCMOSREADWRITEGuid, //写guid0,NULL,&readwritecmosppi //获取的函数) ; if((readwritecmosppi->peireadcmos8(0x38))!=0){//调用函数readwritecmosppi->peiwritecmos8(0x39,0xf);}

五、Hob

Hob是用来存放信息的东西，用于PEI获取的信息传递给DXE（可以使内存的信息、IO的信息等等）。HobList以PHIT HOB开头，之后的Hob排列呈链表。

Hob类型：
PHIT Hob，作为头Hob
描述物理内存信息Hob
内存空间分配Hob
Fv Hob
…

PEI主要分为3个阶段：
1.Pre memory
2.post memory：HobList - Termination、FV、physical memory、PHIT
4.DXE IPL(最后的PEIM)：HobList - Termination、GUID Hobs、DXE Stack/BSP、DXE Core、FV、physical memory、PHIT

DXE Main就可以获取到HobList

Create a Hob代码

typedef struct [
EFI_HOB_GUID_TYPE EfiHobGuidType;
OEM_DEFIN_TYPE XXX;
}Demo_HOB; //Hob定义Status = (*PeiServices)->CreateHob(PeiServices,EFI_HOB_TYPE_GUID_EXTENSION, //属性：GUID_EXTENSIONsizeof(Demo_HOB),&DemoHob);
if (!EFI_ERROR(Status){ //赋值DemoHob->EfiHobGuidType.Name = gDemoGuid;DemoHob->xxx = YYY;
}

同EFI_HOB_TYPE_GUID_EXTENSION类似，还有其他HOB属性
EFI_HOB_TYPE_HANDOFF
EFI_HOB_TYPE_MEMORY_ALLOCATION
EFI_HOB_TYPE_RESOURCE_DESCRIPTOR
EFI_HOB_TYPE_GUID_EXTENSION(查找的时候就用guid查找)
EFI_HOB_TYPE_FV
EFI_HOB_TYPE_CPU
EFI_HOB_TYPE_MEMORY_POOL
EFI_HOB_TYPE_CV

最后带着hoblist去DXE（这里是DXEIPL的函数）：
HandOffToDxeCore (DxeCoreEntryPoint, HobList);

六、PEI入口和出口

SEC带着SECCoreData和PPIList跳转PEIEntryPoint
入口：PeiMain.c里的PeiCore
（ps：pei service）
内存初始化、pei内存分配、hoblist头创建、PPIlist获取、PEIM dispatch（先statuscode再nvram再其他）
locate DXEIPL的ppi
转到DXEIPL函数，一系类操作后BuildModuleHob来加Hob到DXE，再带着HobList和DxeCoreEntryPoint跳转HandOffToDxeCore