第3章 UEFI固件初始化与ABL环境准备

ABL（Android Bootloader）作为一个UEFI应用程序在TSL（临时系统加载）阶段被调用。它依赖的运行时环境——CPU模式、内存映射、芯片组寄存器以及服务表指针——全部由前序的UEFI阶段（SEC→PEI→DXE→BDS）建立。本章拆解这些初始化的核心环节，并说明ABL如何通过EFI_SYSTEM_TABLE获取所需服务。

3.1 CPU初始化

UEFI固件在SEC阶段将CPU从实模式切换至保护模式（或长模式），并建立初始GDT/IDT。PEI阶段会加载微码补丁、启用MTRR（内存类型范围寄存器）并设置页表。ABL启动时CPU已经处于64位长模式（AArch64或x64），OS装载器只需检查CR0、CR3即可确认状态。

; x64长模式检查（IA32_EFER.LME = 1）
mov ecx, 0xC0000080   ; MSR IA32_EFER
rdmsr
and eax, 0x100         ; LME bit
cmp eax, 0x100
jne .not_long_mode

3.2 内存初始化

内存初始化分为两步：PEI阶段通过MCH（内存控制器中心）配置DIMM时序、DDR频率，并使用Cache-as-RAM (CAR)作为临时RAM；DXE阶段安装完整的全局内存映射。ABL依赖的服务表位于系统内存的高端区域，其物理地址在BDS阶段被写入UEFI_IMAGE_ENTRY_POINT参数。

// UEFI内存描述符结构 (EFI_MEMORY_DESCRIPTOR)
typedef struct {
    UINT32  Type;           // 0 = Reserved, 3 = BootServicesCode, ...
    UINT32  Pad;
    UINT64  PhysicalStart;
    UINT64  VirtualStart;
    UINT64  NumberOfPages;
    UINT64  Attribute;      // 缓存属性、预留位
} EFI_MEMORY_DESCRIPTOR;

ABL在BootServices->GetMemoryMap()中获取这个描述符列表，用于后续向Linux内核传递memmap参数。

3.3 芯片组初始化

芯片组初始化包括南桥（PCH）、北桥（系统代理）以及各种I/O控制器（SATA、USB、PCIe Root Complex）。DXE驱动会执行以下典型操作：

• PCI总线枚举 – 为每个设备分配总线号、内存/IO空间。
• ACPI表构建 – 在内存中填写MADT、FADT、DBG2等表。
• 寄存器锁定 – 例如SPI_BAR、GPIO_BASE、BDF_TABLE。

ABL直接使用的芯片组资源包括：

// 通过UEFI Protocol访问GPIO或I2C
EFI_STATUS Status;
EFI_GPIO_PROTOCOL *Gpio;

Status = gBS->LocateProtocol(&gEfiGpioProtocolGuid, NULL, (VOID**)&Gpio);
if (EFI_ERROR(Status)) {
    DEBUG((EFI_D_ERROR, "GPIO Protocol not found\n"));
    return Status;
}

3.4 ABL依赖的UEFI服务表

ABL入口函数EfiMain的第一个参数是ImageHandle，第二个参数是EFI_SYSTEM_TABLE指针。系统表是ABL与UEFI固件交互的唯一入口。

// 精简版系统表定义
typedef struct {
    EFI_TABLE_HEADER                Hdr;
    CHAR16                          *FirmwareVendor;
    UINT32                          FirmwareRevision;
    EFI_HANDLE                      ConsoleInHandle;
    EFI_SIMPLE_TEXT_INPUT_PROTOCOL  *ConIn;
    EFI_HANDLE                      ConsoleOutHandle;
    EFI_SIMPLE_TEXT_OUTPUT_PROTOCOL *ConOut;
    EFI_HANDLE                      StandardErrorHandle;
    EFI_SIMPLE_TEXT_OUTPUT_PROTOCOL *StdErr;
    EFI_RUNTIME_SERVICES            *RuntimeServices;
    EFI_BOOT_SERVICES               *BootServices;
    UINTN                           NumberOfTableEntries;
    EFI_CONFIGURATION_TABLE         *ConfigurationTable;
} EFI_SYSTEM_TABLE;

ABL主要使用BootServices（内存分配、协议定位、事件）和ConfigurationTable（获取ACPI表、设备树或SMBIOS）。

上图展示了UEFI初始化阶段的流水线以及ABL在TSL阶段所能依赖的核心环境。所有初始化工作在DXE结束时已经完成，ABL通过系统表直接存取这些资源。