用于Linux的开放BIOS开源项目介绍:2012年Linux考试:综合辅导-百考试题网

　　在很多系统上，引导时间中有很大一部分都花费在为 MS-DOS 提供传统支持上面了。有很多项目，包括 LinuxBIOS 和 Open Firmware，都试图使用最新的代码来替换原有的 BIOS 系统，它们只实现加载并运行 Linux 内核所必需的功能。本文对这个领域的内容简要进行了介绍。

　　尽管在 PC 硬件加电时喇叭响一下看起来似乎是件非常自然的事情，但实际上却有一些代码来驱动喇叭发声。这段代码就是引导固件。在大部分 PC 上，这都称为 BIOS（这个单词是 basic input/output system（基本输入/输出系统）的缩写）。BIOS 提供了底层的硬件支持，早期的 x86 操作系统就是使用它们来访问磁盘、显示器和其他东西的。
　　BIOS 要做的第一件事情是执行各种加电测试：确定（还可能要测试）可用内存、确定时钟速度等。如果测试成功，机器的喇叭就会响一声。这个过程就称为加电测试（power-on self test）或 POST.计算机对于自己是相当幽默的，这个术语通常会被当作动词来使用：“这台机器根本通不过 POST 测试，因此我们应该更换内存”。
　　通常的诊断包括响铃代码（不同供应商提供的代码都不相同），或者可以写入到某个特定裸地址的代码。有些后插的卡可以简单地访问这些代码；标准的解决方案是诊断代码都写到 80 端口中。有些制造商会销售一种卡，它可以以 16 进制的形式显示最新写入到 80 端口的内容。如果我们要进行严格调试，可能就会希望有一个这种卡，或者希望使用一个更好的发明，例如 PC Weasel，它可以记录最新的（256）POST 代码以供大家阅读。（有关 PC Weasel 的更多信息请参看下面的参考资料一节的内容。）当然，这些代码的确切含义对于各个 BIOS 来说不尽相同，只有部分供应商提供了文档。幸运的是，开源供应商提供了很好的文档。

BIOS 还为我们实现了哪些功能？

　　诸如 MS-DOS 之类的操作系统可以加载其他设备驱动程序，例如 CD-ROM 驱动器，但是需要所有硬件驱动程序在启动时就已经加载上来了。为这些驱动程序提供的标准接口是由 BIOS 来处理的，正是由于这个原因，BIOS 需要对设备进行探测、识别，还可能要进行初始化。
　　同样，BIOS 要负责对内存进行初始化。并非所有的操作系统都需要对内存进行初始化，但是早期的 DOS 系统通常都需要进行这种操作，即使在今天大部分 BIOS 为了兼容性的目的也需要进行初始化。这个过程自己可能需要很长时间才能完成，很多现代系统允许彻底或部分地将其禁用。同时，BIOS 还会试图确定系统中有多少内存可用。其他的引导时操作还可能包括对处理器缓存的初始化和启用，配置双 CPU，构建有关处理器的信息表，构建连接到系统中的 PCI 设备，甚至运行这些设备提供的引导 ROM，这可以加载其他驱动程序。
　　这里有很多工作需要做。实际上这些工作是如此繁杂，我的某些系统要花一分钟甚至更长时间才能完成 POST 和后续的驱动程序初始化过程。BIOS 可以执行各种硬件扫描，从而寻找可引导的设备，在某些系统上，BIOS 甚至可以执行通过以太网进行的网络引导。我的一个系统就会花大约 5 秒钟的时间来初始化网络引导参数，即使在禁用了网络引导功能的情况下也是如此。这可真令人懊恼！
　　最后一点（但不是最不重要的一点），BIOS 还需要做相当多的初始化工作。不管您要引导什么系统，这些工作中的一部分（但并非全部）都会非常有用。为设备分配中断请求（IRQ）的确是一个非常有用的服务，因为它允许 OS 只获取一个服务列表并开始运行，而不用对它们进行编程。很多设备都有配置寄存器，BIOS 可以基于系统可写内存中的设置向其中写入合理或正确的值。（通常来说，这种内存都称为 CMOS，尽管它们并非严格要求使用这种技术来实现。）
　　在 BIOS 完成上面这些功能之后又会发生什么呢？它会在某个地方（通常是在磁盘上）查找一段代码，并运行它，这通常会加载一个操作系统。如果操作系统是 DOS，或其他类似的东西，那么这种设置工作就意味着我们可以很快就有自己的命令提示符了。

　　但是对于 Linux、BSD 或 Windows？来说，操作系统有自己的驱动程序。因此，操作系统可以丢弃连接到系统上的 PCI 设备列表，并开始加载这些设备。BIOS 所做的工作大部分会被忽略掉，操作系统一旦加载 SCSI 驱动程序之后，就会自行扫描 SCSI 总线。BIOS 并没有做什么其他工作，仅仅是提供信息而已，并且它所提供的很多信息也都不会被使用。BIOS 实际上需要做的事情是加载第一段代码（称为引导加载程序（bootstrap loader）或 bootloader），并让机器开始运行。
　　因此，在负载相当重的机器上，我们需要等待每个设备都被探测两次。通常，SCSI 控制器的引导 ROM 要花费相当长的时间来扫描设备。更为糟糕的是，在引导 ROM 运行时，其他东西都无法运行。与之不同的是，现代操作系统可以很好地加载 SCSI 驱动程序，发起一个总线重置命令，在检查设备完成之前就可以继续加载其他驱动程序，并执行网络设备的加载。简而言之，操作系统的扫描要比 BIOS 的扫描速度更快。
　　确切的速度差异取决于操作系统。不过我们知道 Linux 的引导时扫描可以非常快。这意味着 BIOS 不仅要花从加电到最后一个内核模块加载时间的一半在这上面；有时还可能会花费更多时间。当重要性较低的内核模块（例如声卡驱动程序）在引导过程最后加载时（此时一些重要的东西，例如 Web 服务器，可能已经加载了），这种现象更加明显。
　　我们希望要的是一种不用等待 BIOS 来做大量有关内核的工作就可以加载内核的方法 —— 这样可以更快、更好、更可靠地完成引导过程。