UEFI设备驱动与固件开发工程 - 第4节

4.1 UEFI 驱动模型概述

UEFI 驱动模型是 UEFI 规范定义的一套标准驱动架构，旨在解决传统 BIOS 驱动中设备枚举混乱、资源冲突、无法动态加载/卸载等问题。该模型以驱动绑定协议（Driver Binding Protocol）为核心，将驱动的生命周期划分为驱动入口点（Entry Point）、驱动绑定和驱动卸载三个阶段。

4.1.1 驱动模型的三层架构

UEFI 驱动模型从上到下分为三层：

4.1.2 驱动模型的工作流程

一个典型的 UEFI 驱动从加载到卸载经历以下步骤：

1. 加载镜像：UEFI 启动管理器或 DXE 调度器将驱动 PE/COFF 镜像加载到内存。
2. 调用入口点：系统调用驱动的 _ModuleEntryPoint 函数（即驱动入口点）。
3. 安装驱动绑定协议：入口点函数安装 EFI_DRIVER_BINDING_PROTOCOL 实例到驱动句柄上。
4. 设备枚举与匹配：系统遍历所有未匹配的设备句柄，调用驱动的 Supported() 函数检查是否支持该设备。
5. 启动驱动：如果 Supported() 返回成功，系统调用 Start() 函数，驱动开始控制设备并安装 I/O 协议。
6. 停止与卸载：系统调用 Stop() 停止设备控制，再调用卸载函数释放资源。

4.2 驱动绑定协议（Driver Binding Protocol）

EFI_DRIVER_BINDING_PROTOCOL 是 UEFI 驱动模型中最核心的协议，它定义了驱动与设备之间的绑定关系。该协议包含三个函数指针和一个版本号字段：

4.2.1 Supported() 函数

Supported() 是驱动绑定协议的“门卫”函数。系统在枚举设备时，会为每个未绑定的设备句柄调用所有已安装驱动的 Supported() 函数，直到找到匹配的驱动。

EFI_STATUS
EFIAPI
AbcDriverSupported (
  IN EFI_DRIVER_BINDING_PROTOCOL  *This,
  IN EFI_HANDLE                   ControllerHandle,
  IN EFI_DEVICE_PATH_PROTOCOL     *RemainingDevicePath  OPTIONAL
  )
{
  EFI_STATUS  Status;

  // 1. 检查设备是否已经绑定了其他驱动
  Status = gBS->OpenProtocol (
                ControllerHandle,
                &gEfiAbcIoProtocolGuid,
                NULL,
                This->DriverBindingHandle,
                ControllerHandle,
                EFI_OPEN_PROTOCOL_TEST_PROTOCOL
                );
  if (!EFI_ERROR (Status)) {
    return EFI_ALREADY_STARTED;
  }

  // 2. 检查设备是否支持本驱动所需的底层协议
  Status = gBS->OpenProtocol (
                ControllerHandle,
                &gEfiPciIoProtocolGuid,
                NULL,
                This->DriverBindingHandle,
                ControllerHandle,
                EFI_OPEN_PROTOCOL_BY_DRIVER
                );
  if (EFI_ERROR (Status)) {
    return Status;
  }

  // 3. 关闭协议（Supported 不修改状态）
  gBS->CloseProtocol (
         ControllerHandle,
         &gEfiPciIoProtocolGuid,
         This->DriverBindingHandle,
         ControllerHandle
         );

  return EFI_SUCCESS;
}

4.2.2 Start() 函数

Start() 是驱动真正开始工作的入口。当系统确定某个驱动支持某设备后，会调用该驱动的 Start() 函数来建立绑定关系。

EFI_STATUS
EFIAPI
AbcDriverStart (
  IN EFI_DRIVER_BINDING_PROTOCOL  *This,
  IN EFI_HANDLE                   ControllerHandle,
  IN EFI_DEVICE_PATH_PROTOCOL     *RemainingDevicePath  OPTIONAL
  )
{
  EFI_STATUS           Status;
  ABC_DEVICE_PRIVATE   *Device;

  // 1. 分配私有数据结构
  Device = AllocateZeroPool (sizeof (ABC_DEVICE_PRIVATE));
  if (Device == NULL) {
    return EFI_OUT_OF_RESOURCES;
  }

  // 2. 打开底层协议（PCI I/O 等）
  Status = gBS->OpenProtocol (
                ControllerHandle,
                &gEfiPciIoProtocolGuid,
                (VOID **)&Device->PciIo,
                This->DriverBindingHandle,
                ControllerHandle,
                EFI_OPEN_PROTOCOL_BY_DRIVER
                );
  if (EFI_ERROR (Status)) {
    goto FREE_DEVICE;
  }

  // 3. 初始化硬件（配置 BAR、中断等）
  Status = AbcInitHardware (Device);
  if (EFI_ERROR (Status)) {
    goto CLOSE_PCI_IO;
  }

  // 4. 安装 I/O 抽象协议
  Status = gBS->InstallMultipleProtocolInterfaces (
                &ControllerHandle,
                &gEfiAbcIoProtocolGuid,
                &Device->AbcIo,
                NULL
                );
  if (EFI_ERROR (Status)) {
    goto CLOSE_PCI_IO;
  }

  return EFI_SUCCESS;

CLOSE_PCI_IO:
  gBS->CloseProtocol (
         ControllerHandle,
         &gEfiPciIoProtocolGuid,
         This->DriverBindingHandle,
         ControllerHandle
         );

FREE_DEVICE:
  FreePool (Device);
  return Status;
}

4.2.3 Stop() 函数

Stop() 是 Start() 的逆操作，负责释放所有资源并卸载协议。

EFI_STATUS
EFIAPI
AbcDriverStop (
  IN EFI_DRIVER_BINDING_PROTOCOL  *This,
  IN EFI_HANDLE                   ControllerHandle,
  IN UINTN                        NumberOfChildren,
  IN EFI_HANDLE                   *ChildHandleBuffer  OPTIONAL
  )
{
  EFI_STATUS           Status;
  ABC_DEVICE_PRIVATE   *Device;

  // 1. 获取私有数据结构
  Status = gBS->OpenProtocol (
                ControllerHandle,
                &gEfiAbcIoProtocolGuid,
                (VOID **)&Device,
                This->DriverBindingHandle,
                ControllerHandle,
                EFI_OPEN_PROTOCOL_GET_PROTOCOL
                );
  if (EFI_ERROR (Status)) {
    return Status;
  }

  // 2. 卸载 I/O 协议
  Status = gBS->UninstallMultipleProtocolInterfaces (
                ControllerHandle,
                &gEfiAbcIoProtocolGuid,
                &Device->AbcIo,
                NULL
                );
  if (EFI_ERROR (Status)) {
    return Status;
  }

  // 3. 关闭底层协议
  gBS->CloseProtocol (
         ControllerHandle,
         &gEfiPciIoProtocolGuid,
         This->DriverBindingHandle,
         ControllerHandle
         );

  // 4. 释放私有数据结构
  FreePool (Device);

  return EFI_SUCCESS;
}

4.3 驱动入口点与卸载函数

4.3.1 驱动入口点（Entry Point）

每个 UEFI 驱动都有一个入口点函数，通常命名为 _ModuleEntryPoint 或自定义名称。入口点的主要职责是：

• 安装驱动绑定协议：将 EFI_DRIVER_BINDING_PROTOCOL 实例安装到驱动句柄上。
• 注册卸载函数：通过 EFI_BOOT_SERVICES.RegisterProtocolNotify() 或直接安装 EFI_DRIVER_BINDING_PROTOCOL 时附带卸载逻辑。
• 可选初始化：如全局变量初始化、调试日志配置等。

EFI_STATUS
EFIAPI
AbcDriverEntryPoint (
  IN EFI_HANDLE        ImageHandle,
  IN EFI_SYSTEM_TABLE  *SystemTable
  )
{
  EFI_STATUS  Status;

  // 1. 保存系统表指针（全局变量）
  gST = SystemTable;
  gBS = SystemTable->BootServices;

  // 2. 初始化驱动绑定协议实例
  gAbcDriverBinding.Supported          = AbcDriverSupported;
  gAbcDriverBinding.Start              = AbcDriverStart;
  gAbcDriverBinding.Stop               = AbcDriverStop;
  gAbcDriverBinding.Version            = ABC_DRIVER_VERSION;
  gAbcDriverBinding.ImageHandle        = ImageHandle;
  gAbcDriverBinding.DriverBindingHandle = ImageHandle;

  // 3. 安装驱动绑定协议到驱动句柄
  Status = gBS->InstallMultipleProtocolInterfaces (
                &ImageHandle,
                &gEfiDriverBindingProtocolGuid,
                &gAbcDriverBinding,
                NULL
                );
  return Status;
}

4.3.2 驱动卸载函数（Unload Function）

UEFI 驱动支持在运行时卸载。卸载函数通常通过 EFI_LOADED_IMAGE_PROTOCOL 的 Unload 字段注册。当系统决定卸载驱动时，会调用该函数。

EFI_STATUS
EFIAPI
AbcDriverUnload (
  IN EFI_HANDLE  ImageHandle
  )
{
  EFI_STATUS                Status;
  EFI_DRIVER_BINDING_PROTOCOL  *DriverBinding;

  // 1. 获取驱动绑定协议
  Status = gBS->OpenProtocol (
                ImageHandle,
                &gEfiDriverBindingProtocolGuid,
                (VOID **)&DriverBinding,
                ImageHandle,
                NULL,
                EFI_OPEN_PROTOCOL_GET_PROTOCOL
                );
  if (EFI_ERROR (Status)) {
    return Status;
  }

  // 2. 停止所有由本驱动控制的设备
  Status = gBS->DisconnectController (
                DriverBinding->DriverBindingHandle,
                NULL,
                NULL
                );
  if (EFI_ERROR (Status)) {
    return Status;
  }

  // 3. 卸载驱动绑定协议
  Status = gBS->UninstallProtocolInterface (
                ImageHandle,
                &gEfiDriverBindingProtocolGuid,
                DriverBinding
                );
  return Status;
}

4.4 驱动模型的核心数据结构

UEFI 驱动模型围绕句柄数据库和协议接口展开。以下表格总结了驱动开发中常用的核心数据结构：

4.5 驱动模型的设计原则