UEFI原理與程式設計（一）：環境搭建

kaliopensourcextu發表於2017-03-11
程式設計

前言

最近在搞UEFI環境下的一些程式設計。對於我這種從未接觸過EFI的菜鳥程式設計師來說，前面開發環境搭建，程式設計細節等等在沒有人指導情況下，走了很多彎路。在網上查資料的時候，也有發現網上面的資料大多過時，或有關鍵步驟的缺失，碰壁不少。今天我就詳細的把我這幾天被搞的體無完膚的過程分享一下，希望有和我一樣剛接觸UEFI程式設計的各位能有一些幫助。

一、EDK II and Support Tool Download

1、做UEFI開發的話，首先需下載EDK II環境，可以在官網下載，也可以在SourceForge上面查詢，下面貼出 EDKII的github：
                  https://github.com/tianocore/edk2.git

如果你看到眾多名字如：EDK、EDKII、UDK2010、UDK2014、UDK2015....，解釋如下
a、EDK 較早的東西了
b、是現在Intel力推
c、UDK比較穩定的EDKII
注：解釋來自於biosren。在選擇下載那個版本的時候，我開始是抱著求穩態度，下載一些低版本，後來在時間過程中各種坑，弄得是灰頭滿面。所以我推薦就去github上下載最新的吧，至少我用到現在沒發現什麼問題。PS（我下的是UDK2015，前幾天看最新已經有UDK2017 了  -。-！！！）
2、VS2008 （確保64位編譯器也有），你也可以選擇其他的版本如：VS2010,。其實當你安裝了EDKII之後，你可以在Conf\tools_def.txt 這個檔案下看到所有編譯器，而且要要查它的配置是否正確，這個後面會有提到。那麼現在我就列出我現在安裝的UDK2015下面所支援的：
a、VS2003（32bit）
b、VS2005（32bit、64bit）
c、VS2008（32bit、64bit）
d、VS2010（32bit、64bit）
e、VS2012（32bit、64bit）
f、VS2013（32bit、64bit）
g、DDK3790 
h、UNIXGCC
i、 GCC44 - GCC49
k、CLANG35 
l、 ELFGCC
 j、CYGGCC
k、ICC\ICC11
當然這些根據你下載的EDKII的版本情況而定，而我現在用的就是VS2008。 VS這個大塊頭做軟體的應該都知道。
3、Windows SDK，下載了安裝了VS應該都有，如果沒有的話可以自己去官網下載。        

4、IASL compiler
http://www.acpica.org/downloads/binary_tools,ps:打不開的話，自己Google/baidu,自行下載就好，下載好後把它們COPY到C:\ASL裡面。原因後面會講，我曾在這裡進過坑。

5、openssl-1.0.2d package + patch 
其實就是需要用patch對openssl打補丁，具體操作可以看UDK2015.Complete.MyWorkSpace.zip 裡面 MyWorkSpace\CryptoPkg\Library\OpensslLib\Patch-HOWTO.txt
其實不看也沒有關係，我在後面會有講到，但是注意如果你的版本與我選擇的不一樣，你需要看看上面我說的那個說明文件檢視具體操作。

6、EADK
EADK 提供了標準的庫，包含了一些C的stand library，並且提供了浮點運算的可能。 Just for UEFI Application！
注：如果使用UDK2015 或>2015，請下載教新的EADK，Do not use EADK1.02 或EADK_A2 !

二、EDKII Setup

1、將UDK2015解壓
因為我們用的是Windows，所以我們將Base Tool(Windows).zip 和UDK2015.MyWorkSpace.zip 解壓到 ：D:\EDK2 資料夾下
注意，如果你看有些網上資料和一些書本（UEFI原理與程式設計）描述的結構是將UDK2015.MyWorkSpace.zip解壓後MyWorkSpace資料夾下的內容提到了D:\EDK2資料夾下，你可以解壓之後把它們提到父目錄D:\EDK2裡面，與一些教程資料保持一致。當然，如果你知道這些，在你build的時候可以自己定義配置。
2、Generate OpenSSL * Crypto Library
其實這步在前面有提到過，我發個圖片：
          
在最下面Patch-HOWTO.txt 裡面有詳細的步驟。我大概吧裡面的內容貼出來，你如果想看詳細的，可以去檢視這個file。
For Windows Environment:
    ------------------------
    1) Make sure the patch utility has been installed in your machine.
       Install Cygwin or get the patch utility binary from
       http://gnuwin32.sourceforge.net/packages/patch.htm
    2) cd $(WORKSPACE)\CryptoPkg\Library\OpensslLib\openssl-1.0.2d
    3) patch -p0 -i ..\EDKII_openssl-1.0.2d.patch
    4) cd ..
    5) Install.cmd

3、將IASL 解壓，然後把編譯器copy到C:\ASL資料夾下
這些前面有說過，具體原因，還得往下看   -。- h

4、開啟用管理員許可權開啟CMD，進到 D:\EDK2 : CD /D D:\EDK2 ,執行 edksetup.bat  結果如下：

注意： 請忽略 WARNING 的內容

5、這時候，你需要開啟EDK2資料夾，發現裡面有一個Conf的資料夾，開啟後，我們需要對其中target.txt 和 tools_def.txt 連個檔案進行配置。
                                                                            
a、target.txt 主要是對TOOL_CHAIN_TAG，進行配置，這裡偷懶引用UEFI原理與程式設計上面的圖：
                                            
            請注意，32位機器，填寫的是VS200?，而64位機器32位VS 才填 VS200?x32
b、tools_def.txt 主要是檢查自己的編譯器的路徑是否正確
比如我的VS2008是裝在D:\Visual Stadio2008,那麼我設定的路徑也要正確，如下：
         
             請注意，請根據自己情況進行設定。
好了，我們在這裡仔細查詢發現了，tools_def.txt 對IASL的預設設定，直接上圖：


發現它的路徑預設是C:\ASL，好了前面留的懸念解釋了。如果你想自定義的話，保持一致就好！
6、下面我們要講一下NT32模擬器的編譯。
首先，這一步的目 的可以再NT32模擬環境下執行我們的EFI檔案，我們就可以在模擬環境下對efi檔案進行測試了interesting，當然，使用模擬環境是有缺陷的，後面再講。
步驟：
a、D:\EDK2>edksetup.bat --nt32
b、D:\EDK2>build
注：在步驟b可能會花一點時間去build，這是可以理解的。
c、build完之後，如果沒有什麼問題，它應該是這個樣子的：

        或許你已經看到，我build只花了30s，這不是我機器效能比較好，這只是因為我之前已經build過了。而這次的build只是檢查了與上次build的改動。如果你檢視生成的檔案，你會發現他們的修改日期是你上次build done的時間。當然前提你沒有對檔案進行改動，如果改變了，肯定會花點時間去重新build的。
7、講一下如何執行NT32模擬器
非常簡單： build run
但是，請注意，在你build run 之前，你需要執行 edksetup.bat 來載入edkii的環境。
8、退出NT32模擬環境
just use: reset 命令即可！

三、利用U盤進行UEFI啟動

        其實，估計你已經在網上或參考書上查過了怎麼製作，可你還是失敗了，尤其是在Legacy BIOS平臺下。但是我在實際操作過程中，發現有漏步驟的情況，原因應該是版本的原因。
         講一下這裡是幹嘛的：前面又提到在NT32模擬環境下有些缺陷，目前我遇到的是UEFI程式設計中，我們會使用到protocol，但是在NT32模擬環境下有些protocol並沒有裝置進行掛載。以至於我們不能測試我們的程式。此時就需要我們在本機UEFI環境下進行測試。我還遇到過其他的情況，在此不一一列舉，前面不知道有這一情況，我真是被搞得不要不要的 - 。-！
1、首先介紹在UEFI平臺下USB盤製作
easy,估計你在網上查過 簡單說： 1、格式化U盤 FAT（我是FAT32）
    2、U盤建立efi\boot
    3、將efi程式COPY到上面目錄，重新命名為bootia32.efi 或 bootx64.efi 看你是屬於哪個
Ok了。
原理其實就是UEFI的啟動檔案是上面路徑下的boot檔案。。。interesting。。。

2、Legacy BIOS 平臺。

        其實大家都知道要用到DUET，我也是。但是剛開始我利用網上的教程，和參考書上的做法卻不行，後來我檢視DuetPkg 資料夾下的ReadMe.txt 發現UDK2015 需要多一個步驟，下面貼出詳細步驟，當然你也可以去檢視這個檔案。
此處的U盤碟符設為e: ，根據自己的情況改動
a、build Duet platform module
->CD /D D:\EDK2
->edksetup.bat
->build -p DuetPkg\DuetPkg.dsc -e IA32    注：64bit ：build -p DuetPkg\DuetPkg.dsc -e X64
->CD DuetPkg
->PostBuild.bat IA32   注：64bit：PostBuild.bat X64
b、Create boot disk
->插U盤
->CreateBootDisk.bat floppy e: FAT12 IA32   注 ： 64bit ： CreateBootDisk.bat floppy e: FAT12 X64  （資料網上缺此步，應該是原來版本是在最後一步完成的）
->CreateBootDisk.bat usb e: FAT32 IA32      注 ： 64bit ： CreateBootDisk.bat usb e: FAT32 X64      （資料網上缺此步，應該是原來版本是在最後一步完成的）
->拔出U盤，然後再插上
->CreateBootDisk.bat usb e: FAT32 IA32 step2   注：64bit  ：CreateBootDisk.bat usb e: FAT32 X64 step2
      經過此步驟，就OK了。可以重啟從U盤啟動進行試驗進入UEFI shell，輸入fs0:就可以進入U盤的根目錄了。。。。interesting
DUET 是基於Legacy BIOS 提供了UEFI模擬器，提供了在傳統BIOS系統上的UEFI環境。
3、在這裡的坑內掙扎很長時間，因為我的efi程式根本無法執行。現在有了這步，就可以對自己寫過的程式進行測試了interesting

注：在此環境下UEFI的Shell 命令是可以很好地執行的，你可以試一下，比如
Shell》PCI    # 這個命令會列出你的機器上PCI Device ，包括BUS DEV FUN VID DID  CLASSNAME 等資訊。

4、總結

     到此，EDKII SETUP 都寫完了。前一段時間部門開會，ＢＩＯＳ那邊的一位leader說過一句話：“只有做BIOS的才懂BIOS人。”確實，對於我這個做軟體的之前沒有了解過BIOS/EFI，在這短短几天接觸EFI讓我頭大。不是難得不行，而是缺乏中文資料，問題得不到解答，只能自己不斷嘗試，不斷的檢視Spec。頭痛的60%與看英文Spec有關 -。- ！！！。所以，這篇文章主要針對要寫EFI程式的但是從未接觸過EFI但是需要搭建EFI環境的軟體人員。只希望，各位能順利搭建環境，寫好程式碼，Build成功，測試OK，完成任務，然後遠離這些東西，珍愛腦細胞 -。-！！！



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