UEFI开发探索41 – Event、Timer和任务优先级

(请保留->发布地址: http://yiiyee.cn/blog/author/luobing/ )

作为一个底层的支持系统,UEFI没有支持中断。如果想支持异步操作,只能通过事件(Event)来实现。

在开发Foxdisk的过程中,也遇到需要同时处理的事件。比如提示用户输入的闪烁光标、自动显示的系统时间等,我是采用了时钟中断(int 1Ch)的方式来实现的,是段很有意思的程序。

不过,我只是简单地将需要的功能堆砌在int 1Ch中实现,并没有完整地实现多任务间的互斥,是一种“伪多任务”的实现。那么,UEFI中是怎么来支持多个任务同时执行呢?

1 支持的服务函数

图1为相关的服务函数,总共10个:

图1 事件相关服务函数
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鸿蒙OS速览

请保留 -> 【作者:张佩】【原文:www.yiiyee.cn/blog

鸿蒙在HDC 2019上作为最重要的产品被隆重推出,现在已经为世人所知。它的三个重要特点是:

第一,它基于微内核的实现,可以很好地运行于IoT及安全相关的嵌入式场景中;

第二,它是分布式架构,使得它可以很好地运行于多端协作的场景;

第三,它面向的是全场景的应用,囊括了像智能穿戴这样的IoT设备、智慧大屏、智能终端以及PC机等。其中荣耀大屏(电视)是它第一个产品。

鸿蒙OS主要特性速览和解析

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Little Kernel 代码走读(二)

作者:张佩】【原始链接:www.yiiyee.cn/blog

任务管理

LK支持多任务,并且也支持多核。多任务和调度,是LK内核最复杂的功能。一般的嵌入是系统,为了实现简单和便利部署的考虑,会把多任务实现得比较简单,比如uos这样的rtos系统便是了。但LK其实有比较丰富而全面的多任务支持的基础。这使得一些功能更全面的微内核系统比如Zircon,会选择基于它进行开发。

线程结构体

每个内核实现都会为线程创建一个结构体,用来管理任务的执行和维护线程状态。由于无受限的多任务支持能力,所以系统中的线程数量和功能,是不受限的。所以要有一种管理设施,能够对所有的任务进行无区别的管理(某些时候是有区别的,比如idle线程、init线程等,但很少)。这个模块就是内核的任务管理器。而它管理这些任务的抓手,就是线程结构体。

下面是LK定义的线程结构体:

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Little Kernel 代码走读(一)

作者:张佩】【原始链接www.yiiyee.cn/blog

Little Kernel是一个微型内核,某种意义上,可以被定义为微内核。当下声势大张的谷歌Fuchsia OS的微内核系统就是从它演进而来的。它更为一般的作用,是在安卓设备中,作为一个典型的boot loader并启动安卓OS。相较于更通用的arm平台上的u-boot,它当然更加地简单。所以如果不需要boot loader中实现复杂的功能,特别是不需要驱动复杂的IO设备的话,little kernel是非常合适的。

当然,并不是说Little Kernel(简称LK)没有IO支持。它对于基本的IO设备还是有接口层面的支持的。比如串口、GPIO、基于frame buffer的图形显示设备,以及更高级的设备比如磁盘设备、USB、网络等,甚至virtio设备。但仅限于接口定义,却缺少具体的设备支持。所以新平台的设备驱动开发是一个巨大任务。

在这个文档中,我带领大家一起走读一下LK的核心代码。

LK内核代码走读

这部分我带领大家走读一下LK内核部分的代码。因为代码很简单,所以走读一遍并不费事。和Linux内核相比,走读LK的内核如同在电视上看别人爬山一样,所费精力与实际爬山之人,实有天壤之别。但如鲁迅说的,我的双脚虽不能如愿地周游世界,但通过眼睛却能部分地实现它,观看风光纪录片便如部分地身临其境地领略了那些风光,也能增广见闻的。所以LK虽微,分析它亦不费事,但学习它也能达到增广见闻的目的,部分地达到学习内核实现的目的。

LK官方有一篇和小的文档介绍内核API,然太简。参考。下面我带领大家分别地看一下LK的内存管理、任务管理和同步机制,这三个主要部分的实现逻辑。

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UEFI开发探索40 – 构建自己的Package

前段时间在Linux下开发UEFI程序,发现以前写的AppPkg的32位程序没法编译,无法在模拟环境下测试执行程序。

我当时就想脱离AppPkg,自己构建Package。当然,StdLib的库不能使用了,也不能以main()函数为入口。我觉得这都不是什么大事,毕竟平常构建的Option ROM代码也不能使用这些。

说干就干,顺便把各种类型文件的知识点过一遍。

1 编译框架

EDKII的编译系统是基于Python和C的代码构建的,可以跨平台编译。也可运行在不同的CPU架构上,比如X86和ARM,最近我们在做针对龙芯MIPS的软件,乐见UEFI发展版图的扩大。

图1 EDKII 工作流程
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UEFI开发探索39 – Ubuntu 16.04下用gdb建立UEFI调试环境

准确地说,应该是在Ubuntu 16.04下,使用Qemu模拟UEFI启动环境,同时配合Intel UDK Debugger tool和gdb建立的X64调试环境。

使用的是Qemu和OvmfPkg,类似于之前使用windbg在Windows下搭建调试环境,这次换为在Linux下搭建了。正是上一篇博客留下的题目。

1 参考资料

如何在Linux下搭建调试环境,网上的资料不多,特别是如何让gdb挂上UEFI启动环境,我摸索了几天。

可供参考的资料有《UDK_Debugger_Tool_User_Manual_V1.11.pdf》,在网站https://firmware.intel.com/develop/intel-uefi-tools-and-utilities/intel-uefi-development-kit-debugger-tool上下载,其中第六章开始介绍如何在Linux下搭建调试环境。

以及开源项目Slim Bootloader: https://slimbootloader.github.io/index.html。它在调试的时候使用了UDK Debugger Tool,搭建调试环境的方法可用来类比。

图1 Slim Bootloader’s LOGO
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UEFI开发探索38 – Ubuntu下编译AppPkg杂谈

上一篇博客中,在编译AppPkg的时候,遇到了问题,编译的时候出错。错误的提示在上一篇博客中贴出来了,这里不再贴出。针对此问题,我查找了一些资料,做了若干实验,姑且以杂谈的形式记录下来。

1 EADK

为了方便使用标准的C库,EDKII中提供了开发包:EDK II Application Development Kit,简称为EADK。它最早脱胎于EFI_ToolKit,是Intel推广EFI的范例程序包。

随着UEFI的法发展,原来的架构无法统一,EFI_ToolKit的代码被分别整合到各个Package中了。其中的python和Application Development Kit就由EADK接替,并维护着。不过,从github上的日期来看,最后维护的时间也是2015了,是不是后面放弃了?

不管如何,它能很方便的用来构建Uefi程序,也能直接使用熟悉的C库函数,之前博客中的大量代码都使用了它。 它包含了三个Package:

图1 EADK
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UEFI开发探索37 – Linux下环境搭建

Windows下搭建环境、编译、运行等一系列工作,都已经比较熟练了。不过,鉴于Intel提供的调试工具(之前博客中讲述过)Linux版本的都比windows新:

图1 已经两年没更新的调试工具

我觉得还是有必要在Linux下把开发环境建立起来。何况,我平常用来开发UEFI的Windows虚拟机实在太大了,动辄50G,装完必要软件后,只剩下10多个G。

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UEFI开发探索Q&A – 问题辑录(持续更新)

最近正在尝试在Unbutu16上搭建开发和调试环境,其中过程一言难尽,到现在也没完成到符合我要求的程度。

正是因为遇到障碍,我今天早上回到Win10+UDK2018的环境下,想重新编译下AppPkg,没想到遇到问题了,怎么编译都不通过。明明之前是没有问题的啊,看第26篇博客,当时我还非常雀跃于第一次编译通过。

我一直都在使用AppPkg编译我自己的UEFI app,肯定是哪里的配置被我自己修改,忘记了。一番折腾后,终于搞清楚了。

基于上面的事故,我觉得有必要专门做一个问题辑录的博客,把自己遇到的一些比较奇怪的问题以及解决方法记录下来。

这篇博客用来占坑,遇到问题就到这里记录,估计会很长……

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UEFI开发探索36 – UEFI Option ROM

Option ROM的开发不是一门显学,相关的资料也少得可怜。如果是在ODM厂商工作,或者做BIOS相关的工作,可以接触到很多相关的材料。不过,对我这种必须开发Option ROM,公司又不是相关行业的,非常少见。这也导致在开发Legacy BIOS的Oprom时,只能一点点摸索,遇到的问题如山之多。

UEFI下开发Option ROM相对好多了,一方面资料比较全面,EDK的文档组织还是比较明晰的;另一方面,它也提供了标准的工具,非常便利。我自己的测试卡是PCIE接口的,接下来讨论的Option ROM是针对PCI扩展ROM的(ISA ROM在UEFI spec中好像不支持了)。

UEFI的Option ROM结构与之前介绍的Legacy BIOS Oprom类似:

图1 UEFI Option ROM结构(From UEFI Spec 2.8 page 723)
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Windows驱动稳定性测试

近期UEFI探索系列没有更新,忙着处理北京的案子以及帮忙朋友做一个IO驱动。开发完成后,我不知道怎么去测试稳定性了。问道于张佩,他建议用Verifier进行测试。

近期UEFI探索系列没有更新,忙着处理北京的案子以及帮忙朋友做一个IO驱动。开发完成后,我不知道怎么去测试稳定性了。问道于张佩,他建议用Verifier进行测试。

正好去上海有事,周末拉着张佩来教我如何测试和调试。过程就不赘述了,我把使用Verifier的过程记录下来,以备未来查看。

Driver Verifier不需要下载,它包含在大多数windows的发行版本中。在%WinDir%\system32\下可以找到,比如这是我工作的操作系统:

图1 verifier.exe的位置
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UEFI开发探索35 – Option ROM前传2

在Legacy BIOS的Option ROM开发过程中,除了需要注意代码结构外,代码生成文件的大小也得小心,BIOS文件预留的空间不多。我一般将生成文件控制在12K左右。

当然,在后期的产品开发中,我们开始与联想和方正合作,Option ROM文件是请BIOS工程师编译进BIOS的,上述的限制就不需要那么严格了。

1 校验和的问题

Option ROM文件,要求字节校验和必须为0。而在隔离卡销售过程中发现,有些BIOS要求字校验和为0。

所谓字节校验和,也即把文件的内容一个字节一个字节加起来,其和为0;而字校验和则是按字为单位加起来,其和为0。

这种工具没有现成的,必须自己编写。

问题来了,怎么保证一个文件同时满足字节校验和以及字校验和为零?

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UEFI开发探索34 – Option ROM前传1

下面开始进入系列博客的主线-Option ROM的开发。

我预备用3篇将这个问题说清楚。包括Legacy BIOS下的Oprom,以及如何搭建UEFI下Oprom,包含为了开发Oprom我所自制的几个工具。

我曾经有很长一段时间与Legacy BIOS的Option ROM打交道,在没有示例程序、没有人指点的情况下,苦苦探索,痛苦而又充实。

一切都从这个文档开始:

图1 pnp bios spec
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UEFI开发探索33 – 再谈串口通信

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UEFI系列博客的第20篇中,曾经尝试过构建串口通信的代码。发送串口数据在当时已经实现了,可是没有找到如何判断是否有可读的数据,读取串口没有成功。偶尔能读到串口数据,只能证明读函数起作用了。

在多年的开发经历中,我曾经开发过各种MCU的串口代码,也在DOS和Legacy BIOS下开发过。读取串口,基本都是使用中断(或者配合DMA)方式。Windows下的串口,虽然表面是Windows的消息机制,驱动层还是使用了中断。

开发过一款串口通信的隔离卡,我构建了Legacy BIOS下的底层串口和单片机的串口程序:

图1 Legacy BIOS:串口通信

虽然寄存器众多,不过核心思想还是不变:设置串口参数,设定中断处理程序,然后建立读写的函数。

可是,UEFI下只提供了Event的方式,而SerialIO Protocol中并没有对应的事件函数(类似键盘的WaitForKey)。该怎么解决这个问题?

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UEFI开发探索32 – 有趣的图像特效

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PhotoShop和ACD See中,有各种对图像进行特效处理的功能,我在大学的时候就很着迷,一度考虑报考图像处理相关的研究生专业。

可惜生活总是变幻无常,推着我走向了另外一条道路,曾经的梦想还没出航就搁浅了。

不过这也影响了我之后的编程生涯,在底层开发的时候,总想着搞清楚各种图像的特效是怎么实现的。

这次准备拿UEFI App来开刀。

1 灰度转换

先上效果图:

图1 灰度化图像效果图
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UEFI开发探索31–鼠标GUI构建

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进行了上一篇博客所描述的各种实验,相关的代码基本都已经搭建好了,我们可以着手进行对GUI界面的鼠标支持了。

UEFI对开发者提供中断支持,所有异步操作都可以通过Event来完成。Simple Pointer Procotol也提供了对此机制的支持,根据文档中函数的说明,构建如下的函数:

图1 鼠标GUI函数
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