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新世代電腦BIOS架構標準 |
| 房東：和尚 發表時間：2007-04-28 |
新世代電腦BIOS架構標準 早從個人電腦剛出現，BIOS便如影隨形的跟著，雖然在功能上有所增加，但是基本介面與應用方式卻都沒有太大的改變。BIOS（Basic Input／Output System）即基本輸入輸出系統，通常是儲存在唯讀記憶體（ROM）中。它直接對電腦系統中的輸入、輸出設備進行最底層的控制，是連接軟件程式和硬體之間的樞紐。 常見的BIOS架構 BIOS是電腦系統中用來最低階且直接的硬體控制程式。就PC而言，BIOS包含了控制鍵盤、螢幕，磁碟機，串列通訊設備以及很多其它功能的控制碼。電腦技術發展至今，雖然在硬體技術上不斷推陳出新，比如說CPU核心架構越來越複雜、顯示晶片規模越來越龐大、記憶體與匯流排子系統之間的規格的進步神速，即便如此，這些技術仍需要藉助BIOS來進行管理。 諸如PnP技術（Plug and Play-即插即用技術），就是在 BIOS中加上PnP模組實現的。而在熱插拔技術方面，也是由系統BIOS將熱插拔訊息傳送給BIOS中的配置管理程式，並由該程式進行重新配置的動作（如中斷、 DMA通道分配等等）。事實上，熱插拔技術也可以看做是PnP技術的一種。 舊有BIOS限制重重 急待突破 隨著時間過去，電腦平台上的硬體規格與技術越來越多，BIOS需要紀錄的硬體參數越來越多，但是在OS載入之後，被呼叫的機率卻越來越少，到了目前最新ACPI BIOS架構上，包含了ACPI Registers、ACPI System Description Tables和ACPI System Firmware等三大部分，也因此具備了讓作業系統直接掌控電源管理機制的能力，但是BIOS在基本概念與呈現方式上仍與過去20年來沒什麼兩樣。 ACPI BIOS雖然已經具備了許多先進功能，但是介面仍維持過去的一貫冷僻風格，許多電腦使用者可能一輩子也沒有進過BIOS調整硬體設定，而事實上，在許多情況之下，透過調整BIOS才能完整發揮出電腦的能力，或者是藉由調整硬體的中斷來避免衝突的情況發生。 除了極為不友善的使用者介面以外，為了增加可支援的硬體，常常需要進行BIOS更新的動作，雖然不少廠商已經具備有可直接在視窗環境下更新的軟體，但是視窗環境的不穩定，往往可能造成更新的中斷，甚至造成電腦無法啟動的狀況。因此，產業界針對BIOS這塊領域提出了不少新的概念，比如說自由軟體基金會（Free Software Foundation）總裁Richard Stallman就曾經以要求BIOS提供原始碼並進行開放的動作，不過這點在實際執行上遇到了困難，因為BIOS通常牽涉到了硬體的詳細規格，硬體廠商為了確保自己的競爭力，因此大多也是採取封閉的態度，即使為了撰寫BIOS而不得不提供相關資料，也都必須簽署保密協定才行。不過眾家硬體大廠則偏向於新一代的EFI/UEFI架構。 新世代BIOS技術綜觀 ■OpenBIOS OpenBIOS 的開發目的是實作 IEEE 1275-1994 (即 Open Firmware 標準) 相容的 firmware。ＯpenBIOS 提供的 FCODE Suite 將 ANS Forth 相容的程式碼翻譯成 FCODE 中介形式，可以提供我們開發 platform-independent 的 boot-time device drivers。 OpenFirmware標準是一個與硬體獨立的韌體架構標準，最早是由SUN所開發，並且應用於早期使用PowerPC的蘋果電腦、SPARC平台以及PowerPC等平台中，這個標準其實並沒有被IEEE所實際認可，不過依照此一標準架構所開發的專案數量不少，目前已知的已有SUN公司的OpenBOOT，Fireworks的OpenFirmware，以及Codegen SmartFirmware，原始碼都在OpemBIOSOpemBIOS專案下完全開放。 由於OpenFirmware所使用的Forth碼可以編譯為FCode，而非如傳統BIOS編譯為機器碼，只能應用在特定平台。在應用方式上，我們可以將特定裝置安裝於使用OpenFirmwar的系統中，此裝置可以進行啟動時的調測，並提供系統OpenFirmware可用的裝置驅動來進行組態工作，只要系統採用的是OpenFirmware，不論使用的是哪種硬體裝置，都可以快速進行測試與套用。 ■LinuxBIOS 這也是一個開放軟體專案，主要是想以輕量化的架構來取代傳統疊床架屋的BIOS體系。LinuxBIOS提供最基本的執行架構，可以滿足目前主流的作業系統需求。一般來說，LinuxBIOS會載入Linux的核心，不過它也具備了可以載入其他獨立啟動管理工具的能力，因此基本上，也能夠用來啟動Windows家族的作業系統。雖然LinuxBIOS會對硬體裝置進行偵測動作，但是他並不會完全執行完整個偵測步驟，而是會將部分步驟交由作業系統的接手進行。 LinuxBIOS最獨特的能力，就是它的X86版本中，只要執行僅僅16個指令便可切換至32位元模式（幾乎所有的傳統BIOS都是執行於16位元的模式之下）。在32位元模式之下執行的LinuxBIOS具有非常高的效能，冷啟動（在完全關閉電源的狀態下啟動）只需要3秒鐘便可完成所有測試動作並開始載入作業系統。雖然是以Linux作為開頭命名，但事實上它可以應用於大部分的系統平台上。 ■CSS 這個BIOS架構是由微軟以及Phoenix（著名的傳統BIOS廠商）在2003年時所制訂，當時號稱是完全基於圖形化介面的BIOS，當時業界的呼聲很高，也因此CSS BIOS被視為傳統BIOS的下一代接班人。 CSS主要是訴求在與硬體及作業系統的高度結合上，因此對於系統控管方面，可以提供比傳統BIOS更為全面的保護。不過CSS有個原罪，那就是他架構包含了信賴運算架構，業界一般咸認這是微軟利用來控制整個資訊產業的手段，從軟體端掌控所有硬體的能力，雖然規劃的應用相當多，但主要是被微軟拿來作為對抗盜版的工具，而非真正是為使用者而規劃。CSS BIOS可以給予管理者（遠端或近端，甚至是非法取得權限的駭客）非常巨大的權限，可以在不經使用者同意之下，任意取得使用者的資料。 而在另一個BIOS標準—EFI出現之後，這個規劃也隨之被打入冷門，只能成為Phoenix產品中的另一分支，而無法成為主導整個BIOS架構的發展標準。 ■EFI/UEFI 2000年時，在Intel春季IDF中被提出之後，歷經數次的修改，轉而被UEFI制定後續規格之後，目前也已經進展到2.1版，但由於是被UEFI這個組織所接手發展，因此也稱為UEFI BIOS。 Intel當初提出這個標準，主要是為了提供所有Intel平台一個共通的韌體平台，小至Xscale，大至Itanium都是其適用範圍，雖然初始發展是由Intel以及AMI、台灣Insyde這三家公司，但是後來看出這個規劃有其前瞻性，因此產業界成立了UEFI論壇，以1.10版的EFI標準為基礎，接手後續相關規格的開發。 UEFI包含了硬體控制與作業系統核心兩大模組，硬體控制模組上，只要是相同版本的UEFI BIOS，便能提供相同的功能，而在作業系統核心模組上，則是提供硬體廠商類似C語言的標準API，讓廠商可以自行編寫出自訂功能的擴充功能，比如說備份還原、防毒、燒錄等等自訂功能模組都可以透過該功能達成。以這個方面來看，UEFI幾乎就等同於一個微型的作業系統。 而由於功能龐大，因此儲存需求也隨之水漲船高，過去常用的快閃記憶體已經不敷使用，而改用在硬碟前端劃出一塊專有的儲存區塊，來進行UEFI資料的儲存。在使用UEFI開機時，使用者可以選擇以UEFI介面作為使用者介面，並透過它來啟動任一自訂的作業系統，變成像過去Windows 9X時代般，由DOS為基礎，視窗作業系統只是另一層使用者介面而已。 不過由於UEFI是儲存在硬碟中，如果硬碟實體損壞，或者是被病毒入侵，那麼有可能整個UEFI區域的資料會完全損失，因此UEFI仍需要更高的安全規格搭配，才能進一步實用化。 結論：新一代BIOS架構競爭幾乎已經塵埃落定，由於微軟的強勢支援，以及各家硬體廠商的眾星拱月，目前已經確定由UEFI出線，不過這也不代表其他BIOS架構就沒有存在的餘地，在特定領域中（比如說極端重視安全或輕量化的硬體架構），其他BIOS的架構要顯得比UEFI來得具有優勢。 |
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