UEFI BIOS फ़ाइल डिवाइस, डेढ़ भाग: UEFI प्लेटफ़ॉर्म इनिशियलाइज़ेशन

इस लेख के पहले भाग में, हमने यूईएफआई कैप्सूल प्रारूप और इंटेल फ्लैश इमेज पेश किया। यह ईएफआई फर्मवेयर वॉल्यूम की संरचना और सामग्री पर विचार करने के लिए बनी हुई है, लेकिन पीईआई मॉड्यूल और डीएक्सई ड्राइवरों के बीच अंतर को समझने के लिए, हम यूईएफआई बूट प्रक्रिया से शुरू करते हैं, और ईएफआई फर्मवेयर वॉल्यूम संरचना को दूसरे भाग में सेट करते हैं।

UEFI प्लेटफ़ॉर्म इनिशियलाइज़ेशन

UEFI बूट प्रक्रिया इस तरह दिखती है:

सामान्यतया, हम इस पूरी प्रक्रिया में दिलचस्पी नहीं रखते हैं, लेकिन इसका एक हिस्सा है - प्लेटफ़ॉर्म इनिशियलाइज़ेशन (PI), जिसे 3 चरणों में विभाजित किया गया है: SEC , PEI और DXE ।
सभी पीआई प्रलेखन को यूईएफआई फोरम की वेबसाइट से स्वतंत्र रूप से डाउनलोड किया जा सकता है। SEC और PEI चरणों को वॉल्यूम 1 में वर्णित किया गया है, वॉल्यूम 2 ​​में डीएक्सई चरण, ईएफआई एफएफएस फ़ाइल और हेडर प्रारूप, जिसमें हम रुचि रखते हैं, वॉल्यूम 3 में एसएमएम उप-प्रॉप्स (डीएक्सई के बीच में शुरू होता है और समानांतर में चलता है) सहित सामान्य वास्तुशिल्प तत्व शामिल हैं। 4, पीआई-संगत हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर के मानक खंड 5 में हैं। मैं यहां हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर के बारे में नहीं लिखूंगा, लेकिन शेष चरणों का उल्लेख करने की आवश्यकता है, क्योंकि उन्हें जानने के बिना, यह समझना मुश्किल है कि BIOS फ़ाइल में इतनी सारी चीजें क्यों हैं और यह सब एक-दूसरे से कैसे भिन्न है।

एसईसी चरण

डाउनलोड का पहला चरण, जिसके कार्य निम्नानुसार हैं:

1. सभी प्रकार के प्लेटफ़ॉर्म पुनरारंभ की प्रक्रिया करें: निष्क्रिय अवस्था के बाद बिजली चालू करना, एक सक्रिय स्थिति से रिबूट करना, गहरी नींद मोड से बाहर निकलना, विभिन्न प्रकार की असाधारण स्थितियाँ
2. अस्थायी मेमोरी तैयार करें
3. ट्रस्ट सिस्टम की जड़ बनें: या तो पीआई के बाकी हिस्सों पर भरोसा करें, या किसी तरह से उनकी वैधता की जांच करें
4. आवश्यक डेटा संरचनाएं तैयार करें और उन्हें स्थानांतरित करें और पीईआई चरण पर नियंत्रण करें। न्यूनतम, प्लेटफ़ॉर्म स्थिति, पता और BFV आकार, पता और अस्थायी RAM का आकार, पता और स्टैक आकार प्रेषित होते हैं

वास्तव में, x86-64 पर, एसईसी चरण इस प्रकार है:

1. वेक्टर रीसेट करें: कैश रीसेट करें और ROM में मुख्य आरंभीकरण प्रक्रिया पर स्विच करें
2. संरक्षित मोड में स्विच करें: स्वैप के बिना फ्लैट मेमोरी के साथ प्रोसेसर के संरक्षित मोड में स्विच करें
3. बीएसपी के लिए आरंभिक MTRRs: विभिन्न मेमोरी क्षेत्रों के लिए कैश ज्ञात मान
4. माइक्रोकोड पैच अपडेट: सभी उपलब्ध प्रोसेसर के माइक्रोकोड को अपडेट करता है।
5. आरंभिक एनईएम : एक नि: शुल्क कैश को गैर-फ़्लेशबल के रूप में चिह्नित किया जाता है, जिसके बाद इसे अस्थायी रैम के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है जब तक कि मुख्य एक को आरंभीकृत नहीं किया जाता है, और यह आपको साधारण पीएल में एक स्टैक के साथ यह बहुत प्रारंभिक लिखने की अनुमति देता है, इस मामले में सी में
6. प्रारंभिक बीएसपी / एपी इंटरैक्शन: सभी एप्स को एक आईएनआईटी आईपीआई में बाधा भेजना, फिर स्टार्ट-अप आईपीआई, सभी डेटा से बीआईएसटी डेटा प्राप्त करना।
7. PEI एंट्री पॉइंट के लिए हैंड-ऑफ: PEI चरण में नियंत्रण और डेटा का स्थानांतरण

यह देखा जा सकता है कि BIOS छवि से SEC चरण के प्रतिभागियों में, कम से कम वहाँ संग्रहीत CPU माइक्रोकोड के लिए पैच, साथ ही बूट फ़र्मवेयर वॉल्यूम के पते और आकार की आवश्यकता होगी। हां, और SEC कोड स्वयं उसी चिप में लिखा गया है और अभी भी वहां निष्पादित हो रहा है।

PEI चरण

दूसरा चरण, जिसका मुख्य कार्य पर्याप्त मात्रा में निरंतर रैम को इनिशियलाइज़ करना है ताकि आप डीएक्सई चरण को शुरू कर सकें, डीएक्सई चरण में पता लगाए गए उपकरणों के बारे में डेटा तैयार कर सकें और ट्रांसफर कर सकें, ताकि डीएक्सई ड्राइवर सही ढंग से उन्हें इनिशियलाइज़ कर सकें। PEI निष्पादन योग्य कोड में PEI फाउंडेशन नामक कर्नेल होता है, जो समान आर्किटेक्चर और PEIM मॉड्यूल वाले प्रोसेसर के लिए सामान्य होता है जो विशिष्ट उपकरणों के प्रारंभिक आरंभीकरण का प्रदर्शन करता है और इन उपकरणों के निर्माताओं द्वारा विकसित किया जाता है। अन्य मॉड्यूल की वैधता की जांच करने वाले ट्रस्ट सपोर्ट मॉड्यूल की श्रृंखला भी मौजूद हो सकती है। PEI आर्किटेक्चर मॉड्यूल के स्वतंत्र विकास और डिबगिंग की अनुमति देता है, और यदि आवश्यक हो तो कोई भी अपने स्वयं के मॉड्यूल को लिखने और एकीकृत करने के लिए परेशान नहीं करता है।
पीईआईएम में अन्य मॉड्यूल पर निर्भरता की सूची हो सकती है, इसलिए उनके लॉन्च का क्रम यादृच्छिक नहीं है और पीईआई प्रबंधक द्वारा चुना जाता है। PEIM मॉड्यूल स्थिति-स्वतंत्र डेटा संरचनाओं को पॉप्युलेट कर सकते हैं - HOBs , जिसमें DXE ड्राइवर और उस ड्राइवर के GUID को पास करने के लिए डेटा होता है।
वास्तव में, x86-64 पर, PEI चरण इस प्रकार होता है:

1. "मेमोरी" का उपयोग स्थापित करें: रोम से डेटा को प्रारंभिक रैम में स्थानांतरित करना (यानी कैश करना)
2. पीईआई डिस्पैचर: पीईएम मॉड्यूल चलाएं ताकि कोई निर्भरता से जटिल निर्भरता न हो। यह एक ऐसा चक्र है जो समाप्त होता है जब कोई चल रहे मॉड्यूल नहीं होते हैं।
3. CPI PEIM: सीपीयू को इनिशियलाइज़ करें, MSR आदि को कॉन्फ़िगर करें। (सीपीयू पीएम पैच पर चर्चा करते हुए हम इस मॉड्यूल पर लौटेंगे)
4. प्लेटफ़ॉर्म PEIM: MCH , ICH , प्लेटफ़ॉर्म अंतर्निहित इंटरफ़ेस ( SMBus , रीसेट, आदि) का प्रारंभिक आरंभ एसईसी चरण में प्राप्त आंकड़ों का उपयोग करके बूट मोड (सामान्य, रिकवरी, एस 3 फिर से शुरू) का निर्धारण।
5. मेमोरी इनिशियलाइज़ेशन PEIM: मुख्य रैम को इनिशियलाइज़ करना और कैशे से डेटा को उसमें ट्रांसफर करना, जिसे अब सामान्य रूप से इस्तेमाल किया जा सकता है। प्रक्रिया पिछले चरण में परिभाषित प्रणाली की स्थिति पर निर्भर करती है, उदाहरण के लिए, जब S3 पुनरारंभ मेमोरी परीक्षण नहीं किया जाता है, जो समय कम कर देता है
6. यदि सिस्टम S3 रिज्यूम में नहीं है, तो HOBs का स्थानांतरण और DXE चरण पर नियंत्रण होता है, और PEI श्रृंखला समाप्त हो जाती है
7. यदि सभी समान हैं, S3 बूट स्क्रिप्ट के लिए CPU PEIM निष्पादित किया गया है, तो सभी प्रोसेसर को उनके सहेजे गए स्थिति में लौटाया जाता है
8. S3 बूट स्क्रिप्ट निष्पादनकर्ता: अन्य उपकरणों की स्थिति को पुनर्स्थापित करना
9. OS Resume वेक्टर: OS में संक्रमण

इस प्रकार, एस 3 रिज्यूमे के साथ, डीएक्सई चरण की शुरुआत बिल्कुल नहीं होती है, जो डाउनलोड को तेज कर सकती है। जब आप FastBoot को सक्षम करते हैं, तो आप परीक्षण और PEIM मॉड्यूल के न्यूनतम सेट का प्रदर्शन करके डाउनलोड को और भी अधिक तेज़ कर सकते हैं।
यह देखा जा सकता है कि BIOS छवि के PEI चरण में, कम से कम PEI फाउंडेशन और सभी उपकरणों के लिए मॉड्यूल जिन्हें प्रारंभिक आरंभीकरण की आवश्यकता है। यह भी ध्यान देने योग्य है कि PEI मॉड्यूल का प्रारूप या तो DXE ड्राइवरों के प्रारूप (PE32 +) के साथ मेल खा सकता है, या हेडर में इससे भिन्न हो सकता है, क्योंकि PE32 + हेडर में PEI चरण में कई अप्रयुक्त फ़ील्ड शामिल हैं, और प्रोसेसर का कैश रबड़ नहीं है। इसलिए, PEIM के लिए एक विशेष TE प्रारूप विकसित किया गया था, जिसके शीर्षलेख में केवल आवश्यक फ़ील्ड शामिल हैं। TE निष्पादन योग्य-इन-प्लेस ( XIP ), रिलोकेबल और पोजिशन इंडिपेंडेंट ( PIC ) हैं। दो प्रविष्टि बिंदुओं के साथ हाइब्रिड डीएक्सई / पीईआई मॉड्यूल भी हैं, लेकिन उन्हें पीई 32+ प्रारूप में होना चाहिए, क्योंकि अन्यथा ऐसा कोई मॉड्यूल डीएक्सई चालक शुरू नहीं करता है।

डीएक्सई चरण

यहां, सब कुछ का मुख्य और अंतिम आरंभ पीईआई एचओबी से प्राप्त के आधार पर किया जाता है। डीएक्सई कोड में एक कर्नेल होता है, यह डीएक्सई फाउंडेशन, डिस्पैचर और ड्राइवर भी है। कर्नेल ने विभिन्न यूईएफआई सेवाओं को आरंभ और शुरू किया: बूट सेवा, रनटाइम सेवा और डीएक्सई सेवाएं। डिस्पैचर डीएक्सई ड्राइवरों को खोजने और चलाने के लिए जिम्मेदार है, जिसमें निर्भरताएं भी हैं। ड्राइवर हार्डवेयर इनिशियलाइज़ेशन को अंतिम रूप देते हैं और सेवाओं के लिए हार्डवेयर एब्स्ट्रैक्शन प्रदान करते हैं। फाउंडेशन रनटाइम भागों और रनटाइम डीएक्सई ड्राइवरों को छोड़कर सभी डीएक्सई कोड को बीडीएस चरण के अंत में मेमोरी से अनलोड किया जाता है, जिसकी मैं यहां चर्चा नहीं करूंगा।
पूरी तरह से डीएक्सई स्टार्टअप प्रक्रिया का वर्णन करने का कोई मतलब नहीं है, आप इसे संक्षेप में वर्णन कर सकते हैं: कर्नेल लोड किया गया है, यह आवश्यक डेटा संरचनाएं बनाता है, फिर डिस्पैचर सभी उपलब्ध मीडिया से सभी उपलब्ध ड्राइवरों को शुरू करता है और लोड करता है, फिर बूटलोडर शुरू होता है और इन मीडिया और हस्तांतरण पर ओएस लोडर खोजने की कोशिश करता है उसे नियंत्रित करें। अगर पाया - ठीक है, अगर नहीं - जब तक हम इसे नहीं ढूंढते तब तक कोशिश करें। यदि आपको अभी तक कुछ भी नहीं मिला है, तो हम प्लेटफ़ॉर्म पॉलिसी मॉड्यूल के कोड को निष्पादित करते हैं, जो मदरबोर्ड निर्माता द्वारा हमारे लिए लिखा गया था, जो एक संदेश प्रदर्शित करता है जो कहता है कि "ऑपरेटिंग सिस्टम गायब है"।
यह देखा जा सकता है कि इस चरण के लिए BIOS छवि से, DXE ड्रायवर और वे सब कुछ जिनकी उन्हें आवश्यकता हो सकती है। ईएफआई एफएस की अधिकांश फाइलें यहां उपयोग की जाती हैं।

उपखंड SMM

डीएक्सई चरण के दौरान, वह क्षण आता है जब डिस्पैचर एसएमएम इनिट ड्राइवर को लोड करता है, जिसमें से यह उपप्रकार शुरू होता है। एसएमएम एक विशेष प्रोसेसर मोड है जिसे यह एक विशेष रुकावट प्राप्त होने पर स्विच करता है - एसएमआई , जो या तो सॉफ्टवेयर या हार्डवेयर हो सकता है। यदि SMM के लिए संक्रमण की आवश्यकता नहीं है, तो SMI स्रोतों के अधिकांश (या यहां तक ​​कि सभी) बंद किए जा सकते हैं। SMM कोड SMRAM में चलता है, जो कि DXE चरण की समाप्ति के बाद OS के लिए अनुपलब्ध हो जाता है, क्योंकि SMM ड्राइवर जानबूझकर इसका उपयोग बंद कर देता है। SMM कोड भी DXE चरण के अंत के बाद निष्पादित किया जाता है, जब तक कि पीसी बंद न हो जाए।
SMM Init ड्राइवर SMRAM को खोलता है, अन्य SMM ड्राइवरों को चलाने के लिए आवश्यक अपना नक्शा और डेटा संरचना बनाता है, और चरण के अंत से पहले, DXE पूरी तरह से SMRAM तक पहुँच को ब्लॉक कर देता है। एसएमएम ड्राइवर हार्डवेयर पर निर्भर होते हैं और बाईटेकोड दुभाषिया तक पहुंच नहीं होती है, इसलिए ईबीसी पर एसएमएम ड्राइवरों को लिखना समर्थित नहीं है। इन दो प्रकार के ड्राइवर हैं: शुद्ध SMM जिन्हें सीधे Init द्वारा SMRAM में लोड किया जाता है, और SMM / DXE संकर जो पहले DXE प्रबंधक द्वारा लॉन्च किए जाते हैं और फिर खुद को SMRAM में कॉपी करते हैं। SMM Init ही एक ऐसी हाइब्रिड है।
यह देखा जा सकता है कि BIOS छवि से इस उप-श्रेणी के लिए, आपको एसएमएम ड्राइवरों की आवश्यकता है।

निष्कर्ष

अब आप जानते हैं कि यूईएफआई कैसे भरी हुई है और इसके लिए कौन से मॉड्यूल की आवश्यकता है।
मैंने पोस्ट के आकार को कम करने और पाठक पर संज्ञानात्मक भार को कम करने के लिए नियोजित दूसरे भाग को दो और में विभाजित करने का निर्णय लिया।
लेख के दूसरे भाग में, हम अंततः ईएफआई एफवी फ़ाइल की संरचना को देखते हैं, और इससे प्राप्त जानकारी आपके लिए बहुत उपयोगी होगी।
आपका ध्यान देने के लिए धन्यवाद।

साहित्य

1. बिल्डिंग ब्लॉक और अटैक वेक्टर्स का विश्लेषण यूनिफाइड एक्स्टेंसिबल फ़र्मवेयर इंटरफ़ेस (UEFI), पेपर द्वारा जीन-फ्रांस्वा एगेनेस द्वारा लिखित
2. माइकल रोथमैन, गेनलियू जिंग, यान वांग और जिओंग गोंग द्वारा प्लेटफॉर्म बूट टाइम, पेपर को कम करना
3. यूईएफआई प्लेटफॉर्म इनिशियलाइजेशन स्पेसिफिकेशन 1.2.1 इरेटा ए, यूईएफआई फोरम द्वारा दस्तावेज