内容简介
这是国内首部UEFI专著，由资深UEFI专家兼布道者撰写，英特尔中国研究院院长吴甘沙强烈推荐！
本书以实战为导向，面向UEFI的使用者和开发者，首先细致地介绍了UEFI的系统组成、启动过程、优点，以及在各种系统中开发环境的搭建；然后深入剖析了UEFI的工作原理，包括UEFI工程模块、各种协议、基础服务、事件、硬盘和文件系统等内容；最后讲解了UEFI的开发，涉及UEFI服务的开发、UEFI驱动的开发、多任务应用的开发、网络应用的开发、GUI应用的开发，以及如何用C++和C标准库开发UEFI应用，等等。
国内首部UEFI专著，资深UEFI专家兼布道者撰写，英特尔中国研究院院长吴甘沙及大数据和数据经济实验室研究总监周鑫联袂推荐
以实战为导向，全面介绍UEFI的使用、深入剖析UEFI的原理，为开发UEFI应用和驱动程序提供了翔实的指导
封底：
6年前，正华还是英特尔中国研究院并行编程团队的一员虎将。他话虽不多，但勤于思考，用心钻研，技术扎实。不觉已是六年，正华转战UEFI，取得了斐然成绩，并且笔耕不辍成就此书。我非常感佩于正华的严谨治学态度，本书几易其稿，反复修改了近一年，凝聚了他的学识和心血。过去十几年，UEFI的应用场景从PC扩展到手机、嵌入式甚至物联网设备，极大地缩短了系统开发时间，在安全性、兼容性、可扩展性和易用性上都各具亮点。矢志享受驾驭硬件之趣的同学们，请翻开此书，系统上电，在作者真诚的分享中，开始与硬件的亲密接触。
—— 吴甘沙
英特尔中国研究院院长
作为操作系统与硬件之间的连接桥梁，BIOS“统治”了计算机系统20余年，在整个计算机系统中扮演着非常重要的角色。近些年来，随着计算机硬件技术的快速发展，以及进入云计算和大数据时代以后，应用对计算机性能和计算能力的要求不断提升，BIOS因为设计上的先天缺陷，已经越来越不能满足需求，存在开发效率低、性能低、功能扩展性差、升级慢、安全性差等多方面的弊端。UEFI很好地解决了这些问题，逐渐成为BIOS的替代品。
本书是国内第一本关于UEFI的专著，对UEFI的使用、原理和开发做了细致而深入的讲解，对广大研究、使用和从事UEFI开发的读者来说，有着重要的意义，显得格外珍贵！
前：
这是国内首部UEFI专著，由资深UEFI专家兼布道者撰写，英特尔中国研究院院长吴甘沙强烈推荐！
本书以实战为导向，面向UEFI的使用者和开发者，首先细致地介绍了UEFI的系统组成、启动过程、优点，以及各种系统中的开发环境搭建；然后深入剖析了UEFI的工作原理，包括UEFI工程模块、各种协议、基础服务、事件、硬盘和文件系统等内容；最后讲解了UEFI的开发，涉及UEFI服务的开发、UEFI驱动的开发、多任务应用的开发、网络应用的开发、GUI应用的开发，以及如何用C++和C标准库开发UEFI应用，等等。
后：
戴正华 UEFI领域的资深专家、先驱者和布道者，致力于UEFI技术的研究、实践和推广，积累了丰富的经验。曾就职于斯福泰克和英特尔并行计算中心， 在英特尔中国研究院参与Ct（Arbb）编译器的开发及推广工作。目前就职于CryptoMill，从事信息保护方面的开发。
BIOS已经逐渐成为历史，UEFI目前开始全面取代BIOS。
UEFI全称统一可扩展固件接口，是UEFI 论坛发布的一种操作系统和平台固件之间的标准。它之所以能迅速取代BIOS，源于硬件平台的发展以及UEFI相对于BIOS的巨大优势。UEFI可编程性好，可扩展性好，性能高，安全性高。
随着64位CPU取代32位CPU，UEFI也完成了对BIOS的取代。市场已经完成了这种转变，对固件开发者来说，这是一种挑战，固件开发模式已经发生了巨大的改变；这也是一个机遇，UEFI为计算机系统提供了更丰富的功能，为开发者提供了更强大的开发手段。
为什么写这本书
21世纪什么最重要？大家都知道答案。人才是需要培养的。培养UEFI开发者最重要的是相关开发资料。但是目前UEFI相关的开发资料十分匮乏。UEFI是一种全新的技术，是对BIOS的一种革命，BIOS时代的技术积累很难转移给UEFI。在BIOS时代，BIOS开发采用汇编语言并且与硬件特性息息相关，技术被几大公司垄断，进入BIOS开发领域的门槛高，离开的代价大，相关的技术资料很难在广大程序员中流传。进入UEFI时代后，这种开发特点因为惯性的作用依然会延续一段时间。
UEFI开发对广大C/C++开发者敞开了大门，进入和离开UEFI的门槛降低了很多。相信会有更多的开发者进入和离开固件开发领域，这种流动性也会促进这个领域的繁荣，相关的开发资料也会越来越多，越来越精彩。
本书特色
本书是国内第一本介绍UEFI开发的书籍，希望这本书能改善UEFI开发者无处学习的困境。本书以实战为主，辅以相关理论知识，重要的章节还附有完整的应用程序。力图让读者不仅知道如何开发UEFI程序，还让读者了解为什么这样编程。本书提供了丰富的源代码，让读者可以在实践中快速掌握编程要点。
读者对象
本书内容循序渐进，非常适合刚刚接触UEFI开发的初学者、大专院校在校的学生，也适合对UEFI有一定了解的专业开发者。
如何阅读本书
本书假定读者有基本的C和C++知识，但并不要求读者有固件开发的相关知识。本书将一步一步引导读者熟悉UEFI，随着本书的不断深入，使读者成为UEFI开发专家。
本书从实战的角度介绍如何开发UEFI 应用和驱动，用生动的实例介绍如何使用UEFI提供的服务，同时我们将讲述所需的理论知识以及UEFI的内部实现。本书既可以作为UEFI爱好者的入门教材，也可以帮UEFI开发者更加深入了解UEFI内部实现。
本书不是UEFI开发的参考手册，所以读者在学习过程中最好准备UEFI Spec 2.4以备参考。本书提供了大量的实例程序，读者还需下载TianoCore的源码，边学习边实践。
本书内容编排如下：
第1章 UEFI概述介绍UEFI发展的历史及UEFI理论知识，UEFI系统启动到结束可分为7个过程，本章从程序开发的角度阐述了这个过程的执行流程。
第2章 介绍UEFI开发环境的搭建，EDK2提供了Linux、Windows、Cygwin等多种开发环境，本章逐步讲述了Linux和Windows下UEFI开发环境的搭建，如何制作OVMF固件，以及如何制作启动盘。
第3章 介绍EDK2工程模块及包的概念，主要包括.inf文件、.dsc文件和.dec文件的格式与用法。其中，主要的工程模块包括UEFI应用程序模块、驱动程序模块、库模块、Shell应用程序模块。本章最后讲述了如何在模拟器下调试应用程序。
第4章 介绍Protocol的概念和用法。UEFI提供的绝大多数服务都是以Protocol的形式提供的，由此可见其重要性。
第5章 介绍UEFI中的基础服务，包括系统表，启动服务和运行时服务。系统表是应用程序进入内核的接口，启动服务用于在启动过程中管理计算机软硬件资源，运行时服务是为操作系统访问固件而提供的服务。
第6章 介绍了事件及异步操作方式。除了介绍事件的使用方法，本章还介绍了事件及异步操作在UEFI内核的实现机制。最后本章以具体实例介绍了如何使用键盘、鼠标和定时器事件。
第7章 介绍了GPT硬盘以及文件系统和文件的操作方法。相比BIOS，UEFI的一个重大进步就是开始支持文件系统，FAT32文件系统是UEFI内建文件系统。本章重点讲述FAT32文件系统之上的文件操作。
第8章 以视频解码服务为例介绍如何利用Protocol提供服务。服务型Protocol在UEFI中占有重要地位，服务型Protocol的开发是UEFI开发的一项基本功，一定要熟练掌握。
第9章 介绍驱动开发模型，并以AC97驱动为例介绍开发设备驱动的具体步骤。
第10章 介绍如何支持C++语言特性。UEFI内核是EDK2采用C语言实现的，UEFI提供的服务也是以C语言形式提供的，因而C天然适用于UEFI开发，但C++会使得开发更有效率。本章首先讲述了如何使用C++基础语法开发UEFI应用，然后讲述如何支持全局构造函数、析构函数，支持new、delete等操作符，支持标准模板库等高级特性。
第11章 介绍开发GUI的基础知识，包括在UEFI中如何使用字符串资源、字体和图像。通过使用字符串资源，可以实现字符串的本地化。本地化后，字符串的显示需要字体的支持，EDK2默认支持英文和法文字符的显示，要显示其他语言的字符串还需要开发者自行开发相应字符的字体。
第12章 以视频播放器为例介绍GUI开发。目前还没有成熟的GUI库可以用于UEFI开发。本章从零开始利用第11章介绍的基础知识开发GUI系统，主要分两大部分：GUI事件的派遣和响应；GUI控件的绘制。
第13章 介绍多任务的开发。本章分为两大块：多核和多线程。首先主要介绍MPP（MP Services Protocol），MPP用于管理多核，本节重点讲述了MPP如何在其他CPU核心上执行任务。UEFI没有提供对多线程的支持，对此我们讲述了如何使用LongJmp技术实现简单的多线程。
第14章 介绍如何开发网络应用。本章首先简单介绍了UEFI提供的网络协议栈，然后讲述了使用TCP协议开发网络应用的基本框架。
第15章 介绍如何使用C标准库中的函数。
第16章 介绍应用程序中的Shell服务、Shell脚本的语法以及常用Shell命令。
资源和勘误
由于笔者水平与时间有限，书中可能出现一些错误或不准确的地方，恳请读者批评、斧正。如果您对本书有任何的意见和指正，请发邮件至djx.zhenghua@gmail.com。本书附带的源代码，可以从如下网址获取：https://uefi-programming-guider.googlecode.com/svn/trunk/，或者从华章网站（www.hzbook.com）下载。
致谢
感谢机械工业出版社华章分社的高婧雅与杨福川付出的巨大努力，高编辑耐心、细致地反复审阅书稿，使得本书从粗疏渐渐变得精准。
感谢宋风龙在本书写作过程中给予的技术支持。
本书最早起始于我在博客园发表的几篇博客，感谢博客园的众多网友的支持和意见，你们的建议让我受益颇深。
也要感谢工作在CryptoMill的同事。
特别鸣谢
最后要特别感谢我的妻子张一茁女士。从初稿到定稿近一年的时间里，我将大部分的节假日和周末用在了这本书上，这本书的完成，离不开妻子的付出和支持。
戴正华
计算机\程序设计
6年前，正华还是英特尔中国研究院并行编程团队的一员虎将。他话虽不多，但勤于思考，用心钻研，技术扎实。不觉已是六年，正华转战UEFI，取得了斐然成绩，并且笔耕不辍成就此书。我非常感佩于正华的严谨治学态度，本书几易其稿，反复修改了近一年，凝聚了他的学识和心血。过去十几年，UEFI的应用场景从PC扩展到手机、嵌入式甚至是物联网设备，极大地缩短了系统开发时间，在安全性、兼容性、可扩展性和易用性上都各具亮点。矢志享受驾驭硬件之趣的同学们，请翻开此书，系统上电，在作者真诚的体验中开始与硬件的亲密接触。
——吴甘沙 英特尔中国研究院院长
作为操作系统与硬件之间的连接桥梁，BIOS“统治”了计算机系统20余年，在整个计算机系统中扮演着非常重要的角色。近些年来，随着计算机硬件技术的快速发展，以及进入云计算和大数据时代以后，应用对计算机性能和计算能力的要求不断提升，BIOS因为设计上的先天缺陷，已经越来越不能满足需求，存在开发效率低、性能低、功能扩展性差、升级慢、安全性等多方面的弊端。UEFI很好地解决了这些问题，逐渐成为BIOS的替代品。
本书是国内第一本关于UEFI的专著，对UEFI的使用、原理和开发做了细致而深入的讲解，对广大研究、使用和从事UEFI开发的读者来说，有着重要的意义，显得格外珍贵！
戴正华 著：暂无简介
序
前 言
第1章 UEFI概述 1
1.1 BIOS的前世今生 1
1.1.1 BIOS在计算机系统中的作用 1
1.1.2 BIOS缺点 2
1.2 初识UEFI 2
1.2.1 UEFI系统组成 3
1.2.2 UEFI的优点 4
1.2.3 UEFI系统的启动过程 5
1.3 本章小结 12
第2章 UEFI 开发环境搭建 14
2.1 配置Windows开发环境 14
2.1.1 安装所需开发工具 15
2.1.2 配置EDK2开发环境 15
2.1.3 编译UEFI模拟器和UEFI工程 17
2.1.4 运行模拟器 19
2.2 配置Linux 开发环境 21
2.2.1 安装所需开发工具 22
2.2.2 配置EDK2开发环境 22
2.2.3 编译UEFI模拟器和UEFI工程 23
2.2.4 运行模拟器 24
2.3 OVMF的制作和使用 25
2.4 UEFI的启动 27
2.5 本章小结 28
第3章 UEFI工程模块文件 29
3.1 标准应用程序工程模块 30
3.1.1 入口函数 30
3.1.2 工程文件 31
3.1.3 编译和运行 37
3.1.4 标准应用程序的加载过程 37
3.2 其他类型工程模块 43
3.2.1 Shell应用程序工程模块 43
3.2.2 使用main函数的应用程序工程模块 46
3.2.3 库模块 47
3.2.4 UEFI驱动模块 49
3.2.5 模块工程文件小结 50
3.3 包及.dsc、.dec、.fdf文件 51
3.3.1 .dsc文件 51
3.3.2 .dec文件 56
3.4 调试UEFI 59
3.5 本章小结 61
第4章 UEFI中的Protocol 62
4.1 Protocol 在UEFI内核中的表示 64
4.2 如何使用Protocol服务 65
4.2.1 OpenProtocol服务 66
4.2.2 HandleProtocol服务 67
4.2.3 LocateProtocol服务 69
4.2.4 LocateHandleBuffer服务 69
4.2.5 其他一些使用Protocol的服务 71
4.2.6 CloseProtocol服务 72
4.3 Protocol服务示例 73
4.4 本章小结 75
第5章 UEFI的基础服务 76
5.1 系统表 76
5.1.1 系统表的构成 77
5.1.2 使用系统表 79
5.2 启动服务 82
5.2.1 启动服务的构成 82
5.2.2 启动服务的生存期 91
5.3 运行时服务 93
5.4 本章小结 102
第6章 事件 103
6.1 事件函数 104
6.1.1 等待事件的服务WaitForEvent 105
6.1.2 生成事件的服务CreateEvent 106
6.1.3 CreateEventEx服务 110
6.1.4 事件相关的其他函数 112
6.2 定时器事件 113
6.3 任务优先级 114
6.3.1 提升和恢复任务优先级 115
6.3.2 UEFI中的时钟中断 116
6.3.3 UEFI事件Notif ication函数的派发 126
6.4 鼠标和键盘事件示例 127
6.5 本章小结 128
第7章 硬盘和文件系统 129
7.1 GPT硬盘 129
7.1.1 基于MBR分区的传统硬盘 129
7.1.2 GPT硬盘详解 130
7.2 设备路径 134
7.3 硬盘相关的Protocol 139
7.3.1 BlockIo解析 140
7.3.2 BlockIo2解析 142
7.3.3 DiskIo解析 146
7.3.4 DiskIo2解析 147
7.3.5 PassThrough解析 150
7.4 文件系统 152
7.5 文件操作 153
7.5.1 打开文件 154
7.5.2 读文件 156
7.5.3 写文件 159
7.5.4 关闭文件（句柄） 160
7.5.5 其他文件操作 160
7.5.6 异步文件操作 162
7.5.7 EFI_SHELL_PROTOCOL中的文件操作 166
7.6 本章小结 170
第8章 开发UEFI服务 171
8.1 Protocol服务接口设计 172
8.2 Protocol服务的实现 174
8.3 服务型驱动的框架 178
8.4 ffmpeg的移植与编译 179
8.4.1 libavcodec的建立和移植 181
8.4.2 其他库的建立与移植 182
8.4.3 在驱动型服务中使用StdLib 186
8.5 使用Protocol服务 188
8.6 本章小结 190
第9章 开发UEFI驱动 191
9.1 UEFI驱动模型 192
9.1.1 EFI Driver Binding Protocol的构成 192
9.1.2 EFI Component Name Protocol的作用和构成 196
9.2 编写设备驱动的步骤 197
9.3 PCI设备驱动基础 199
9.4 AC97控制器芯片的控制接口 202
9.5 AC97驱动 206
9.5.1 AC97驱动的驱动服务EFI_AUDIO_PROTOCOL 206
9.5.2 AC97驱动的框架部分 213
9.5.3 AC97驱动实验 220
9.6 本章小结 221
第10章 用C++开发UEFI应用 222
10.1 从编译器角度看C与C++的差异 222
10.2 在EDK2中支持C++ 224
10.2.1 使EDK2支持C++基本特性 224
10.2.2 在Windows系统下的程序启动过程 226
10.2.3 在Windows系统下支持全局构造和析构 229
10.2.4 在Linux系统下的程序启动过程 231
10.2.5 在Linux系统下支持全局构造和析构 240
10.2.6 支持new和delete 242
10.2.7 支持STL 243
10.3 GcppPkg概览 243
10.4 测试GcppPkg 246
10.5 本章小结 248
第11章 GUI基础 249
11.1 字符串 249
11.1.1 字符串函数 249
11.1.2 字符串资源 251
11.1.3 管理字符串资源 255
11.2 管理语言 260
11.3 包列表 262
11.4 图形界面显示 263
11.4.1 显示模式 264
11.4.2 Block Transfer（Blt）传输图像 267
11.4.3 在图形界面下显示字符串 269
11.5 用SimpleFont显示中文 272
11.5.1 SimpleFont 格式 273
11.5.2 如何生成字体文件 275
11.5.3 如何注册字体文件 276
11.6 开发SimpleFont字库程序 277
11.7 字体Font 278
11.7.1 Font的格式 279
11.7.2 字体包的格式 279
11.7.3 为什么Font性能高于SimpleFont 281
11.8 本章小结 284
第12章 GUI应用程序 285
12.1 UEFI事件处理 285
12.1.1 键盘事件 285
12.1.2 鼠标事件 292
12.1.3 定时器事件 293
12.1.4 UI事件服务类 294
12.2 事件处理框架 297
12.3 鼠标与控件的绘制 302
12.3.1 鼠标的绘制 303
12.3.2 控件的绘制 305
12.4 控件系统包GUIPkg 306
12.5 简单视频播放器的实现 309
12.6 本章小结 315
第13章 深入了解多任务 317
13.1 多处理器服务 317
13.1.1 EFI_MP_SERVICES_PROTOCOL功能及用法 317
13.1.2 启动AP的过程 324
13.2 内联汇编基础和寄存器上下文的保存与恢复 333
13.2.1 内联汇编基础 333
13.2.2 寄存器上下文的保存与恢复 335
13.3 多线程 336
13.3.1 生成线程 337
13.3.2 调度线程 340
13.3.3 等待线程结束 341
13.3.4 SimpleThread服务 341
13.4 本章小结 345
第14章 网络应用开发 346
14.1 在UEFI中使用网络 348
14.2 使用EFI_TCP4_PROTOCOL 350
14.2.1 生成Socket对象 352
14.2.2 连接 356
14.2.3 传输数据 358
14.2.4 关闭Socket 361
14.2.5 测试Socket 362
14.3 本章小结 363
第15章 使用C标准库 364
15.1 为什么使用C标准库函数 364
15.2 实现简单的Std函数 365
15.2.1 简单标准库函数包sstdPkg 366
15.2.2 使用sstdPkg 368
15.3 使用EDK2的StdLib 369
15.3.1 main函数工程 369
15.3.2 非main函数工程 374
15.4 本章小结 376
第16章 Shell及常用Shell命令 377
16.1 Shell的编译与执行 377
16.2 Shell服务 379
16.3 Shell脚本 385
16.3.1 Shell脚本语法简介 385
16.3.2 自动运行指定应用程序 388
16.4 Shell内置命令 388
16.4.1 调试设备的相关命令 388
16.4.2 驱动相关命令 390
16.4.3 网络相关命令 392
16.5 本章小结 394
附录A UEFI常用术语及简略语 395
附录B RFC 4646常用语言列表 397
附录C 状态值 398
附录D 参考资料 400
