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Coreboot BIOS基本原 理分析报告 熊 海 泉 xionghaiquan@ Coreboot BIOS基本原理分析报告 2023/10/10 熊海泉 1 主要内容 . 项目背景 . 基于x86架构的计算机系统基本构成与工作原理 . 什么是Firmware，为什么需要Firmware? . Coreboot功能目标 . Coreboot整体架构 . Coreboot启动总体流程 . Coreboot Payload类型 . 基于Qemu模拟器主板Coreboot Demo演示 . 分析总结及下一步工作 . 参考资源 Coreboot BIOS基本原理分析报告 2023/10/10 熊海泉 2 项目背景-整体说明 . 为了验证Gonson-T3单核处理器正确性以便顺利流片， 必需根据实际情况选择与自制合适的南桥、北桥(如AMD 的RS780E/SB710)等相关芯片组，单独设计定制相应 的验证主板，将Gonson-T3处理器、内存、 I/O等各组 成部件连接起来，实现一个类似基于x86 PC系统的硬 件验证平台。 Coreboot BIOS基本原理分析报告 2023/10/10 熊海泉 3 项目背景-核心工作 我们工作任 务主要涉及 的部分 Coreboot BIOS基本原理分析报告 2023/10/18 熊海泉 4 项目背景-Coreboot BIOS 主要任务及目前进展情况 差不多阶段性 在完成前面任 务的基础上开 始进行 Coreboot BIOS基本原理分析报告 2023/10/18 完成 熊海泉 5 基于x86架构的计算机系统基本构 成与工作原理 . 冯 .诺依曼理论计算机模型 . 现实中的冯 .诺依曼计算机--基于x86架构PC系统 Coreboot BIOS基本原理分析报告 2023/10/18 熊海泉 6 控制指令 存数据 输出设备 存储器 的 控制指令 CPU 冯 .诺依曼计算机系统工作模型 Coreboot BIOS基本原理分析报告 运算器 控制器 输入设备 2023/10/18 取数据 熊海泉 7 现实中的冯 .诺依曼计算机 . CPU与内存之间的通路是否开机就建立好了？ . CPU与I/O设备是否直接相连并可直接访问？ . I/O设备与内存之间如何通信？ . I/O设备有什么机制通知CPU？ Coreboot BIOS基本原理分析报告 2023/10/18 熊海泉 8 现实中的冯 .诺依曼计算机-X86 PC系统 Coreboot BIOS基本原理分析报告 2023/10/18 熊海泉 9 CPU可以访问一些固定的 I/O端口，如PCI配置 数据及地址寄存器 0xCF8或0xCFC等 X86 PC系统刚加电时的状态 Coreboot BIOS基本原理分析报告 2023/10/18 熊海泉 10 1 X86 PC系统正常运转期望的状态 Coreboot BIOS基本原理分析报告 2023/10/18 熊海泉 11 如何使x86 PC系统进入可工作状态 Coreboot BIOS基本原理分析报告 Firmware程序 (如Coreboot) 2023/10/18 熊海泉 12 计算机系统的固件程序 . Firmware BIOS固件程序 – 在实际的冯 .诺依曼结构的计算机系统中，加电之时硬件 很难直接就进入预期的可工作的状态，需要有一个初始化 的过程，逐步将其带入到预期的可工作状态 ，这种程序我 们称之为系统固件程序 – 它是写在EPROM或EEPROM(可编程只读存储器)中的程序 软件，负责对整个系统设备的检测、资源配置并根据硬件 规范说明使得相应的设备能够进入到一个可工作的状态， 进而再在其上启动运行像操作系统这样的系统软件。 2023/10/18 Coreboot BIOS基本原理分析报告 熊海泉 13 固件程序实现基础 . 开机基本通路 – 硬件固连的可以直接存取的ROM芯片通路 – 一些固连的输入输出I/O端口(如一些标准的I/O地址以及 PCI配置地址及数据寄存器端口等) . PCI配置机制(具体可以参考Linux内核代码实现) – PCI接口卡规范 . 初始化 – 检测并统筹分配I/O、MMIO等系统资源 2023/10/18 Coreboot BIOS基本原理分析报告 熊海泉 14 Firmware类型 . 基于x86架构Firmware类型(传统BIOS、UEFI BIOS、 Coreboot、SeaBIOS、…) – 传统BIOS – UEFI BIOS –