BIOS是一組固化到計算機內主板上一個ROM芯片上的程序，它保存著計算機最重要的基本輸入輸出的程序、開機后自檢程序和系統自啟動程序，它可從CMOS中讀寫系統設置的具體信息。本文是一篇電子技術應用投稿論文范文，主要論述了UEFI BIOS實現原理與結構分析。

 　　摘 要:文章簡單介紹了傳統BIOS的實現方法、發展過程和存在的問題，通過對比傳統BIOS和UEFI BIOS的特點，詳細敘述了UEFI BIOS的實現原理和技術優勢，較為深入地分析了UEFI BIOS的模塊化結構。

　　【關鍵詞】基本輸入輸出系統,legacy BIOS,統一可擴展固件接口,UEFI BIOS,UEFI結構分析

　　1 傳統BIOS概述

　　基本輸入輸出系統(BIOS，Basic Input Output System)是計算機系統中連接軟、硬件的關鍵組件，一般存儲在非易失性存儲單元中，它為計算機提供最底層的、最直接的硬件設置和控制，具體地執行軟件需要硬件提供的服務。BIOS保存著計算機最重要的基本輸入輸出程序、開機自檢程序和系統啟動程序，主要負責檢測、初始化和配置硬件并對操作系統進行引導。BIOS作為硬件與操作系統之間的“中間件”，為操作系統和應用程序提供統一的訪問硬件資源的接口，解決了可能因硬件變動帶來的操作系統修改與軟硬件兼容問題，用戶還能通過BIOS對各個硬件的電氣特性作初始化或工作參數的設置。

　　隨著技術的發展，硬件系統變得越來越復雜，對BIOS的要求也越來越高，用戶期待計算機能具有更便捷的管理功能，希望在進入系統前就能通過BIOS對系統進行查毒殺毒、備份恢復、遠程維護等操作，而傳統BIOS(legacy BIOS)的缺陷使得它無法滿足用戶的需求，其弊端主要表現在以下幾個方面：

　　(1)采用16 位編碼、運行在實模式下，受容量限制很難在性能上有所突破;

　　(2)尋址上限僅有1M，隨著64位CPU的普及，其尋址能力不足造成了資源的浪費;

　　(3)采用匯編語言編碼，開發人員編寫代碼的體驗差、過程復雜，編寫的BIOS程序擴展性和可維護性差;

　　(4)會對所有可識別的掛載設備加載驅動，因此減慢了系統的啟動速度。

　　在這樣的背景下，新一代的BIOS技術EFI BIOS應需而生。

　　2 UEFI BIOS的特點

　　針對傳統BIOS的諸多弊端，2000年，Intel推出可擴展固件接口(EFI，Extensible Firmware Interface)規范;2005年，統一的可擴展固定接口(UEFI，Unified Extensible Firmware Interface)論壇成立。UEFI推出之前，所有平臺的BIOS都是私有的，而UEFI屬于開源，并且與傳統BIOS不同的是，UEFI 為BIOS提供了標準化的接口規范，相比于傳統BIOS，它具有以下特點：

　　(1)支持32/64位版本，具有更大尋址空間，適用不同的CPU架構，具有更好的兼容性;

　　(2)使用模塊化設計和C語言編寫代碼編寫驅動和程序，比傳統BIOS更容易實現容、糾錯，有效縮短了系統研發時間;

　　(3)定義了接口標準卻沒有限制開發方法，方便OEM廠商實現產品差異化，降低了核心代碼與驅動之間的耦合度，具有更好的可擴展性和可移植性;

　　(4)內置圖形驅動，支持從除Flash ROM之外的位置加載外部設備;

　　(5)通過UEFI shell為用戶提供了一個命令行處理環境(命令解析器)，用戶可以通過UEFI shell導入用戶自定義的驅動和應用程序且不影響固件核心程序。通過自定義的驅動和應用程序，用戶可以進行硬件檢測、遠程引導及配置，可以脫離操作系統進行啟動和磁盤管理，有效提升了系統引導速度，增強了計算機系統的擴展性。

　　3 UEFI結構分析

　　Intel? EFI 平臺創新架構(The Intel? Platform Innovation Framework for EFI)是基于EFI的完整的平臺固件解決方案，它是模塊化的層次模型，由硬件層、預EFI基礎(Pre-EFI-Foundation)、EFI和EFI系統裝載器(EFI OS Loader)、預啟動應用(Pre-boot Application)組成。其中，預EFI基礎包括協議結構、平臺驅動、框架驅動以及兼容支持模塊等模塊， EFI則像是被固化在主板上的一套微型OS。協議結構負責與硬件直接交互，EFI對硬件參數的定義通過協議結構進行傳遞。在實際執行時，UEFI在系統啟動后通過協議架構將參數傳送給硬件確定工作狀態;平臺驅動和框架驅動是UEFI擴展功能運行的基礎，它們為EFI的實際執行提供完整的支撐;兼容支持模塊可以在16位實模式下啟動計算機以及訪問擴展設備的ROM，保證非EFI硬件也能在EFI平臺中兼容使用;UEFI OS Loader相當于UEFI的操作系統部分，負責引導UEFI系統本身或引導Windows等操作系統的啟動;Pre-boot Application相當于擴展的應用程序部分。

　　硬件平臺和OS之間是采用了EFI技術的固件UEFI。UEFI 降低了OS對硬件平臺的依賴，在要進行擴展時只需在框架中加入相應的功能模塊，并不會對OS的引導產生影響。UEFI固件分為處理器抽象層PAL、系統抽象層SAL和可擴展固件接口三層，EFI驅動、應用程序和OS通過啟動時服務(Boot Service)和運行時服務(Runtime Service)對資源進行管理與調用，其他模塊調用內核提供的服務。

　　4 UEFI存在的問題

　　為了實現更多的擴展功能，UEFI需要額外的存儲空間，因此UEFI BIOS不再被存放在主板的只讀存儲器中，而是在硬盤中特別劃分出一塊FAT32格式的扇區ESP(EFI System Partition，EFI系統分區)用于存放UEFI相關的各類數據。ESP主要用于存放EFI驅動和應用程序，但不僅硬盤可能發生物理損壞，分區中的驅動和應用程序文件也存在被病毒或木馬篡改或刪除的風險，所以UEFI比傳統BIOS存在更大的安全隱患，而如何在UEFI系統中確認EFI驅動和應用程序的安全性，將是未來UEFI技術研究的一個重要方向。

　　相關期刊簡介：《現代電信科技》辦刊宗旨：立足我國電信事業現狀，放眼世界電信技術發展，為廣大電信工程技術工作者、電信運營與管理人士提供國內外電信科技的前沿信息，把握方向、遠近結合，重在技術內容的超前性、指導性與實用性，促進中國通信現代化。