SeaBIOS study (1)

SeaBIOS [1] 是 x86 结构下的一种 BIOS 的开源实现,可以完成类似 coreboot [2] 初始化硬件后payload的工作,实现一些启动逻辑。

CPU初始化后,放在EIP中执行的第一条指令地址为0xFFFFFFF0,这是intel CPU的一个hack (an inelegant but effective solution to a computing problem),叫做重置向量(reset_vector)。内存0xFFFFFFF0~0xFFFFFFFF(4G最后边的16bytes)的指令,会将CPU调转到系统BIOS的入口地址0xF0000。系统BIOS被预加载到(0xF0000~0xFFFFF, 960k~1M)。

SeaBIOS/src/ 下只有两个汇编代码:
>>> seabios/src/entryfuncs.S : 这里面是从汇编调用C语言函数的宏定义
>>> seabios/src/romlayout.S :
BIOS 起始函数入口“entry_post”,POST代表 Power-on test-self(加电自检)。 文件头部使用DECLFUNC指令定义了几个函数,有中断处理、 32/16big/16模式转换、resume、PMM(处理器电源管理)、PnP(热插拔)、APM(高级电源管理)、PCI-BIOS、BIOS32、ELF等入口函数。entry_post中,对依次通过一些调转函数或中断,对各类设备进行设置。
“jmp entry_19” 调转到 entry_19 函数,再通过entryfuncs.S 中的宏定义,实际调用src/boot.c中的handle_19(),用于加载启动操作系统。
entry_18/handle_18()则用来处理启动(INT 19)失败。

(引:http://en.wikipedia.org/wiki/BIOS_interrupt_call)
+ 18h Execute Cassette BASIC: True IBM computers contain BASIC in the ROM to be interpreted and executed by this routine in the event of a boot failure (called by the BIOS)
+ 19h After POST this interrupt is used by BIOS to load the operating system.

Qemu[4]解析启动参数(例如:“-boot order=ndc,menu=on,boot-timeout=1000 ..”),并通过rom中的fw_cfg文件向BIOS传递启动参数,BIOS则通过读取这些文件应用参数。但是SeaBios不只是被Qemu一个项目使用,所以启动参数的默认、启动策略有差异。
关于BIOS启动有一个规范(bios boot specification) [5] http://www.scs.stanford.edu/nyu/04fa/lab/specsbbs101.pdf,考虑兼容/支持很多硬件,比较复杂,正在读规范中…

Bios为系统ACPI提供DSDT(Differentiated System Description Table,差异系统描述表),这样ACPI就能通过统一的接口对不同类型的设备进行初始化设置,描述使用的是ASL汇编语言,编译后的16进制文件,可以被标准系统使用。比如热插拔功能,Bios再DSDT表中描述PCI设备(如网卡),定义电源管理的回调函数,_EJ0方法用于移除一个设备。相应的在操作系统内部,有PCI驱动处理PCI设备的热插拔 (code: linux/drivers/pci/hotplug*),从固定IO Port探测PCI设备、注册初始化、管理,到最后的销毁。

其他有意思的东西:
SMBios(System Management BIOS): 主板/操作系统厂商显示产品管理信息所需遵循的统一规范
DMI(Desktop Management Interface): 帮助收集电脑系统信息的管理系统

把好几样东西混在了一起,不过基本都是围绕SeaBios的。SeaBios似乎没什么文档,coreboot文档比较齐全。但是有代码和邮件列表在,这就是最好的文档。

[1] http://www.seabios.org
[2] http://www.coreboot.org
[3] http://en.wikipedia.org/wiki/BIOS_interrupt_call
[4] http://www.qemu.org
[5] http://www.scs.stanford.edu/nyu/04fa/lab/specsbbs101.pdf

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.