2. UEFI 规范核心概念：系统表、启动服务、运行时服务、协议与句柄

UEFI 规范定义了一套标准化的固件-操作系统接口，其核心由几个关键抽象构成：UEFI 系统表、启动服务、运行时服务、协议与句柄。理解这些概念是进行 UEFI 固件开发的基础。

2.1 UEFI 系统表 (System Table)

UEFI 系统表（EFI_SYSTEM_TABLE）是整个 UEFI 环境的入口点。它是一个全局结构体，包含了指向所有核心服务和配置信息的指针。在 UEFI 应用程序或驱动程序的入口点（ImageHandle 和 SystemTable 参数）中，系统表被传递给开发者。

系统表的主要组成部分包括：

• 固件供应商信息：固件版本号和供应商名称。
• 控制台句柄：标准输入、标准输出和标准错误输出设备的句柄。
• 启动服务表：指向 EFI_BOOT_SERVICES 结构体的指针。
• 运行时服务表：指向 EFI_RUNTIME_SERVICES 结构体的指针。
• 配置表：指向系统配置表（如 ACPI、SMBIOS）的指针数组。

2.2 启动服务 (Boot Services)

启动服务（EFI_BOOT_SERVICES）提供了一组在操作系统启动前可用的函数接口。这些服务在操作系统加载器（OS Loader）调用 ExitBootServices() 后不再可用。

启动服务的主要功能类别：

服务类别	说明	关键函数示例
事件与定时器	创建、等待和关闭事件，设置定时器。	CreateEvent, WaitForEvent, SetTimer
内存管理	分配和释放内存页或内存池。	AllocatePages, FreePages, AllocatePool
协议管理	安装、卸载、查找和打开协议接口。	InstallProtocolInterface, LocateProtocol, OpenProtocol
句柄管理	安装、卸载和定位句柄。	InstallMultipleProtocolInterfaces, LocateHandleBuffer
镜像管理	加载、启动和卸载 UEFI 镜像。	LoadImage, StartImage, UnloadImage
I/O 操作	对设备进行内存映射 I/O 或端口 I/O 操作。	IoRead, IoWrite, PciRead, PciWrite

2.3 运行时服务 (Runtime Services)

运行时服务（EFI_RUNTIME_SERVICES）在操作系统启动后仍然可用。它们提供与硬件平台状态相关的关键功能，例如时间管理、变量存储和重置系统。

运行时服务的主要功能：

• 变量服务：GetVariable, SetVariable, GetNextVariableName。用于在 NVRAM 中存储和检索非易失性数据。
• 时间服务：GetTime, SetTime, GetWakeupTime, SetWakeupTime。用于访问系统实时时钟。
• 重置服务：ResetSystem。用于冷重启、热重启或关机。
• 虚拟地址转换：SetVirtualAddressMap。用于在操作系统启用分页后，将运行时服务从物理地址映射到虚拟地址。

2.4 协议 (Protocol) 与句柄 (Handle) 机制

UEFI 的驱动模型基于 句柄 和 协议 的抽象。句柄代表一个实体（如设备、驱动或镜像），而协议是附加到句柄上的接口结构体，定义了该实体提供的功能。

2.4.1 句柄 (Handle)

句柄是一个不透明的指针（EFI_HANDLE），它唯一标识一个 UEFI 对象。句柄本身不包含数据，它只是一个标识符，用于关联一组协议。

2.4.2 协议 (Protocol)

协议是一个 GUID 标识的接口结构体，包含一组函数指针和数据字段。例如，EFI_SIMPLE_TEXT_OUTPUT_PROTOCOL 定义了 OutputString() 函数用于在屏幕上打印文本。

协议与句柄的关系：

• 一个句柄可以安装多个协议。
• 一个协议可以被多个句柄安装。
• 通过 LocateProtocol() 或 OpenProtocol() 可以获取指定句柄上的协议接口。

2.5 协议与句柄的交互流程

在 UEFI 驱动模型中，设备驱动通常遵循以下流程来使用协议和句柄：

1. 绑定：驱动通过 Supported() 检查句柄是否支持其设备，然后通过 Start() 初始化设备。
2. 安装协议：驱动在初始化时，通过 InstallMultipleProtocolInterfaces() 将一个或多个协议接口安装到设备句柄上。
3. 打开协议：其他驱动或应用通过 OpenProtocol() 或 LocateProtocol() 获取已安装的协议接口。
4. 使用协议：通过协议结构体中的函数指针调用设备功能。
5. 关闭协议：使用完毕后，通过 CloseProtocol() 释放协议接口。

2.6 核心概念对比

概念	本质	生命周期	访问方式	典型用途
系统表	全局结构体指针	整个 UEFI 运行期	入口参数	获取所有服务入口
启动服务	函数指针表	启动阶段（ExitBootServices 前）	gBS->Function()	内存分配、协议管理
运行时服务	函数指针表	整个系统运行期	gRT->Function()	变量存储、时间访问
句柄	不透明标识符	由安装者管理	LocateHandle	标识设备或驱动
协议	GUID 标识的结构体	由安装者管理	OpenProtocol	提供设备功能接口