基于UEFI的數(shù)據(jù)傳輸工具的研究與實(shí)現(xiàn)

朱勇洪

摘要：由于UEFI框架下沒有提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪K，使得測試或者調(diào)試開發(fā)時需要經(jīng)常對數(shù)據(jù)文件進(jìn)行人工拷貝，導(dǎo)致了實(shí)現(xiàn)測試自動化或遠(yuǎn)程調(diào)試的不便。采用Socket數(shù)據(jù)傳輸方式設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了UEFI下數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぞ撸ㄟ^使用串口線來連接Host端和UEFI端，實(shí)現(xiàn)UEFI下的Application和Hostt端協(xié)同工作來達(dá)到Host端和uEFI端通信的目的，從而使得從Host端編譯出來的文件可以直接傳輸?shù)経EFI端的設(shè)備中去，減少人工操作方便實(shí)現(xiàn)測試自動化。最后本文通過Intel 945G Express Chioset平臺來驗(yàn)證工具的正確性。

關(guān)鍵詞：UEFI;數(shù)據(jù)傳輸;Application;串口;Socket

中圖分類號：TP311.56 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8228（2020）07-26-04

0引言

數(shù)據(jù)傳輸，顧名思義，就是要將數(shù)據(jù)從一個地方傳送到另一個地方的通信過程。目前，UEFI框架下并沒有提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぞ?，?dǎo)致開發(fā)人員、測試人員將UEFIBIOS文件編譯出來之后，需要手動拷貝該文件到UEFI主板設(shè)備中，大量的人工操作導(dǎo)致了實(shí)現(xiàn)自動化測試或者遠(yuǎn)程調(diào)試的不便?；谶@樣的實(shí)用背景，本文通過采用Socket的數(shù)據(jù)傳輸方式，實(shí)現(xiàn)UEFI端的Application協(xié)同Host端進(jìn)行工作，達(dá)到Host端和UEFI端之間的通信的功能，從而可以輕松的將文件在兩端互傳，避免了手動操作，為遠(yuǎn)程調(diào)試和測試自動化提供基礎(chǔ)。

1UEFl Application簡介

UEFI的Application指系統(tǒng)的核心應(yīng)用和調(diào)用程序，如BIOS的設(shè)置、一些應(yīng)用程式以及配置管理等等，它與UEFI庫函數(shù)結(jié)合在一起，可以提供基本控制臺I/O，基本磁盤I/O，內(nèi)存管理以及字符串操作的功能。它是不依賴于系統(tǒng)軟硬件的跨平臺擴(kuò)展Firmware，以.eft文件形式存在，它在執(zhí)行完成后會返回控制權(quán)，不會駐留在系統(tǒng)內(nèi)存中，因而能夠方便地移植到各個不同的平臺上（例如，IA32、IA64、Intel-64、Apple*，Duet模擬器等等）。UEFI Application的編程模型主要分為兩大類，一類是基于EFI模型的，它的代碼比較小，因?yàn)樗鼉H僅需要使用EFI的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);另一類是基于便攜式模型開發(fā)的，與前一類相比較，它是一種更容易導(dǎo)入ANSI/POSIX編程模型的程序，并且它擁有常用的c語言的Library和c語言編程接口程序。

UEFI Application的執(zhí)行流程分為三個部分，首先它必須經(jīng)過UEFI Loader來進(jìn)行加載，然后進(jìn)入到Application的入口函數(shù)處，最后通過Exit（）退出應(yīng)用并返回Application的UEFI Component。

2基于UEFl的數(shù)據(jù)傳輸工具的研發(fā)

數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞揭话阌幸韵聨追N：最簡單交互的socket方式，適合大數(shù)據(jù)量交互的邱/文件共享服務(wù)器方式，數(shù)據(jù)庫共享數(shù)據(jù)方式以及Message數(shù)據(jù)傳輸方式。本文采用socket方式，因?yàn)樵摲绞酵ㄓ眯员容^強(qiáng)，且易于編程實(shí)現(xiàn)，通過傳輸層協(xié)議容易加密傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，使得安全性更高，同時UEFI下需要傳輸?shù)奈募亢苄?，?shù)據(jù)交互量少，也比較適用該方式。

2.1設(shè)計(jì)架構(gòu)分析

通過使用串口線纜來連接Host端和UEFI端，Host端使用Windows 10 Enterprise系統(tǒng)，通過標(biāo)準(zhǔn)的c++語言開發(fā)程序，UEFI端使用支持UEFI啟動的主板，使用c語言編寫并通過編譯產(chǎn)生一個備數(shù)據(jù)傳輸功能的UEFI Application的應(yīng)用程序，此處所使用的c語言在庫函數(shù)、框架結(jié)構(gòu)、調(diào)用的服務(wù)類型等方面需參照Platform Initialization Spec。

Host端主要由以下四個部分組成：基本信息部分、串口控制部分、線程控制部分、文件傳輸部分。

（1）基本信息部分：通過運(yùn)行ReadSetuplnfo（）函數(shù)來讀取串口的相關(guān)配置信息，主要包括串口的名稱、波特率和串口的流控信息，并將這些信息存入到指定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。

（2）串口控制部分：創(chuàng)建一個CSerial類來負(fù)責(zé)串口的初始化并獲得句柄進(jìn)行串口的讀寫操作。在該類中封裝了初始化串口和控制串口運(yùn)行過程中需要使用的一些變量以及讀寫串口時需要的相關(guān)函數(shù)。

（3）線程控制部分：設(shè)計(jì)主線程、讀線程和寫線程。主線程主要負(fù)責(zé)創(chuàng)建讀寫線程，后續(xù)將不再進(jìn)行其他操作，可留作后續(xù)開發(fā)的拓展使用。在使用串口進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫傳輸時，讀線程負(fù)責(zé)讀取UEFI端通過串口線纜發(fā)送過來的信息，并將這些信息顯示在屏幕上;寫線程則負(fù)責(zé)將用戶輸入的信息（例如，需要傳輸?shù)奈募┩ㄟ^串口線纜發(fā)送到UEFI端。

（4）文件傳輸部分：包括從Host端發(fā)送單個文件到UEFI端和從UEFI端接收單個文件兩部分，這個過程需要UEFI端的Application配合使用。

UEFI端是一個基于UEFI的Application應(yīng)用程序，參考EDKIIINFSpec、DSCSpec、DECspec提供該程序所需要的模塊文件（.inf）及c文件，平臺描述文件（.dsc）和平臺聲明文件（.dec），其功能是為了配合Host端的文件傳輸部分，其中UEFI端主要實(shí)現(xiàn)了從Host端接收單個文件和發(fā)送單個文件到Host端這兩個部分的功能。

2.2數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)過程分析

對于數(shù)據(jù)的傳輸，其實(shí)現(xiàn)過程主要包括四個部分：Host端發(fā)送單個文件，Host端接收單個文件，UEFI端發(fā)送單個文件以及UEFI端接收單個文件。以Host端發(fā)送單個文件為例，其過程主要包括①讀取用戶輸入的文件名，并將文件打開;②將讀取到的文件名轉(zhuǎn)換成傳輸至UEFI端的路徑、文件名組合;③計(jì)算該文件名的長度以及文件的長度;④調(diào)用TestSpeed H to_T（）函數(shù)來測試Host端向UEFI端傳輸數(shù)據(jù)的速度;⑤按照上一步獲得的數(shù)據(jù)來設(shè)置傳輸包的長度以及包的傳輸時間間隔;⑥按照包封裝的形式發(fā)送包含文件名、文件名長度、文件長度的數(shù)據(jù)包至UEFI端;⑦按照包封裝的形式發(fā)送文件內(nèi)容至UEFI端;⑧釋放所使用的相關(guān)資源，從Host端到UEFI端的數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱私Y(jié)束。在該過程中，主函數(shù)TransferHostFile（）首先調(diào)用SafeSendData（）函數(shù)來發(fā)送包含文件名、文件名長度、文件長度的數(shù)據(jù)包至UEFI端，然后再次調(diào)用SafeSendData（）函數(shù)來發(fā)送文件內(nèi)容至UEFI端。而SafeSendData（）函數(shù)則會將所得到的所有數(shù)據(jù)分裝成數(shù)據(jù)包的形式，然后將數(shù)據(jù)包進(jìn)行Md5 CheckSum的計(jì)算來檢驗(yàn)在傳輸過程中數(shù)據(jù)包的正確性。圖1顯示了Host端傳輸文件至UEFI端的流程。

在UEFI端的Application其實(shí)現(xiàn)過程需要將其代碼添加到UEFI的源代碼結(jié)構(gòu)中進(jìn)行編譯，首先需要建立一個存放該Application源代碼的子目錄和一個與Application源代碼相關(guān)的.inf文件，對于Application的源文件，可以放在工作目錄的任何地方，而該文件的存放路徑則需要在所開發(fā)模塊的.inf文件中指出。一個模塊的.inf文件主要是為了定義單個項(xiàng)目所需要的所有信息，包括了一些源文件，庫或者庫類，以及一些編譯相關(guān)的組件等，用它來產(chǎn)生的二進(jìn)制文件要么是原始的二進(jìn)制文件，要么是具有PE32/PE32+/COFF格式的可以在UEFIShell環(huán)境下執(zhí)行的文件。

3數(shù)據(jù)傳輸工具的測試檢驗(yàn)

該檢驗(yàn)過程分別以Windows 10 Enterprise系統(tǒng)和Intel 945G Express Chipset平臺作為實(shí)驗(yàn)檢測的Host端和UEFI端，通過串口連接兩端，同時在UEFI端配備有外圍設(shè)備u盤。將Intel 945G Express Chipset平臺啟動到UEFI Shell的模式下，運(yùn)行處于Host端的程序，在彈出的運(yùn)行窗口中運(yùn)行處于UEFI端u盤中的UEFI Application-FDTTargetWithShell.efi，此時便可以進(jìn)行Host端和UEFI端的相互通信功能，進(jìn)行單個文件的收發(fā)功能。

在Host端執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸工具，首先會獲得串口相關(guān)信息，然后進(jìn)）kUEFI端的Shell環(huán)境，由此可進(jìn)入處于UEFI端的外圍設(shè)備u盤中，在運(yùn)行了u盤中的FDTTargetWithShell.eft這個Application之后便可以在Host端和UEFI端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸了。此時狀態(tài)如圖3。

數(shù)據(jù)傳輸工具提供了單個文件的收發(fā)功能，可以通過輸入操作數(shù)1、2分別進(jìn)行選擇。圖4給出了選擇單個文件從Host端發(fā)送到UEFI端的過程，圖5給出了文件成功傳輸時的狀態(tài)。最后通過檢查u盤中的文件來確認(rèn)文件已經(jīng)從Host端傳輸?shù)経EFI端，同時對接收到的文件與Host端的發(fā)送的文件進(jìn)行比較，來確認(rèn)數(shù)據(jù)在傳輸過程中的完整性。

在選擇輸入操作功能2的情況下，實(shí)現(xiàn)了從UEFI端發(fā)送單個文件到Host端的功能。圖6給出了選擇單個文件從UEFI端發(fā)送到Host端的過程，而圖7則給出了雙端通信過程中文件傳輸成功時的狀態(tài)。

4結(jié)束語

本文采用Socket數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞皆O(shè)計(jì)了UEFI下的數(shù)據(jù)傳輸工具進(jìn)行UEFI端和Host端的單個文件的傳輸功能，可以方便開發(fā)人員進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試的工作，也可以方便測試人員使用該工具實(shí)現(xiàn)測試自動化。下一步可以嘗試對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱D形化界面的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，嘗試支持豐富的窗口創(chuàng)建、控件的支持和顯示顏色特效的添加。目前圖形化界面僅僅負(fù)責(zé)對配置選項(xiàng)進(jìn)行簡單的控制，當(dāng)然選用的圖形化界面語言范圍可以再進(jìn)一步擴(kuò)展，不僅僅局限于UEFI BIOS系統(tǒng)當(dāng)前支持的VFR語言。