UEFI/BIOS

编程入门行业动态更新时间:2024-10-08 10:59:36

UEFI/BIOS

文章目录

- 什么是ACPI
- APCI系统架构流程
- ACPI定义的电源状态转化结构图
- ACPI表
- 什么是ASL
- ACPI睡眠状态之S3

什么是ACPI

高级配置和电源管理接口，APCI是一套协议标准，软硬件都需要实现以配合使用。

大致作用：ACPI在BIOS中负责管理计算机的电源状态和配置，支持系统休眠、唤醒等高级电源管理功能

APCI系统架构流程

由上面的结构可知:它的规范所设计主要是由上图红框，ACPI registers组成、ACPI BIOS、ACPI Tables三部分组成。首先需要硬件支持，并提供ACPI需要使用的寄存器，然后还需要一系列的表来规定划分模块和定义接口，最后接着bios需要支持ACPI,实现并提供相应的回调。

ACPI可以实现的功能包括：

1.系统电源管理（System power management）

2.设备电源管理（Device power management）

处理器电源管理（Processor power management）

3.设备和处理器性能管理（Device and processor performance management）

4.配置/即插即用（Configuration/Plug and Play）

5.系统事件（System Event）

6.电池管理（Battery management）

7.温度管理（Thermal management）

8.嵌入式控制器（Embedded Controller）

9.SMBus控制器（SMBus Controller）

ACPI定义的电源状态转化结构图

G0/G1/G2/G3表示整体的状态，S1/S2/S3/S4/S5表示睡眠状态， C1/C1…/Cn和P0/P1…Px就是Pstates(EIST)和CStates，D0/D1/D2/D3表示不同的设备电源状态。G/C/S等状态，后接的数字越大，系统耗能越少。

ACPI表

ACPI表是一组数据结构,每个结构体都有固定的表头格式，以及自己特有的格式，它们提供了有关系统硬件的信息，以便操作系统能够识别和管理硬件设备。这些表包括一些预定义的表，如DSDT（Differentiated System Description Table）、FADT（Fixed ACPI Description Table）和SSDT（Secondary System Description Table），以及其他可选的表。

DSDT(Differentiated System Description Table):这是最重要的ACPI表,它描述了系统的主要硬件配置,包括主板、CPU、内存、PCI设备等。操作系统启动时会首先解析DSDT表,以获取系统硬件信息。
FADT(Fixed ACPI Description Table):这是ACPI规范必需的表,它定义了ACPI系统的基本硬件特性,如电源状态、睡眠状态、唤醒设备等。FADT表用于指导操作系统如何管理系统电源。
SSDT(Secondary System Description Table):这是可选的表,用于描述某些特定的硬件设备,如温度传感器、风扇控制器、专用硬件设备等。如果系统中有这些特殊设备,则会包含对应的SSDT表。
MADT(Multiple APIC Description Table):这是可选表,用于描述高级可编程中断控制器(APIC)以及中断源。如果系统使用APIC,则会包含MADT表。
MCFG(PCI Express Memory Mapped Configuration Space Base Address Description Table):这是可选表,用于描述PCI Express总线上的PCI Express配置空间。如果系统使用PCI Express,则会包含MCFG表。
XSDT(Extended System Description Table):这是可选表,与DSDT表类似,描述系统的全部ACPI表。XSDT表支持更大的表地址空间,可引用更多的ACPI表。
其他可选表:如BERT(Boot Error Record Table)、CPEP(Corrected Platform Error Polling Table)、EINJ(Error Injection Table)等。

为了让OSPM能够控制计算机上的设备的资源和热插拔，ACPI提供了一种描述这些设备的信息和控制方式的结构，称为ACPI Definition Blocks，它们按照一种层级结构组织，这种组织方式成为ACPI Namespace。这个命令空间的开始是ROOT，符号“/”，下面又分配了几个预定义的命令空间：

ACPI Definition Blocks包含在DSDT（Differentiated System Description Table）和很多的二级表（SSDT，Secondary System Description Tables）之中。

ACPI中二级表可以又很多，并且可以不断增加。

ACPI表由BIOS创建，并存放在内存中，OS需要一个入口去获取到所有的表。

入口由BIOS放在某个固定的位置(对于Legacy BIOS和UEFI，OS获取的方式不同)，这个入口被称为RSDP，Root System Description Pointer。它是一个结构体，其结构如下：

struct acpi_table_rsdp {char        signature[8];      /* ACPI signature, contains "RSD PTR " */u8          checksum;         /* Checksum of the first 20 bytes */char        oem_id[6];        /* OEM identification */u8          revision;         /* Must be 0 for 1.0, 2 for 2.0 */u32         rsdt_address;     /* 32-bit physical address of the RSDT */u32         length;           /* Length of table in bytes, including header */u64         xsdt_address;     /* 64-bit physical address of the XSDT */u8          extended_checksum; /* Checksum of entire table */char        reserved[3];      /* Reserved, must be 0 */
};

该结构体中,重要的字段有:

signature:必须为"RSD PTR ",用以标识该表
revision:RSDP规范版本,0表示1.0版,2表示2.0版
rsdt_address:32位RSDT表的物理地址
xsdt_address:64位XSDT表的物理地址

举例：

// 找到RSDP表
struct acpi_table_rsdp *rsdp;
rsdp = search_rsdp();// 找到DSDT表
if (rsdp->revision == 0) dsdt = (struct acpi_table_header *)rsdp->rsdt_address;
elsedsdt = (struct acpi_table_header *)rsdp->xsdt_address;

首先搜索得到RSDP表的地址,然后根据revision字段判断RSDT地址是32位还是64位,从而得到DSDT表的地址,这样就可以解析DSDT表,获取系统ACPI信息了。

=-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------=

上面的RSDP结构体中，提供了两个主要的物理地址，一个是RSDT表，另外一个是XSDT表。

RSDT表全称Root System Description Table,它存放了许多的指针，指向其它的描述系统信息的表。RSDT的结构如下：

typedef struct {EFI_ACPI_DESCRIPTION_HEADER Header;UINT32                      Entry;
} RSDT_TABLE;

XSDT表全称Extended Root System Description Table,它的作用于RSDT一样，区别在于两者包含的指针地址一个是32位的，一个是64位的。XSDT表结构如下：

typedef struct {EFI_ACPI_DESCRIPTION_HEADER Header;UINT64                      Entry;
} XSDT_TABLE;

RSDT和XSDT在本质上没有区别，它们都是OS用来找到ACPI表的地图：

XSDT(RSDT)指向的第一张表都是FADT，Fixed ACPI Description Table。这个表里面包含了OS需要知道的所有ACPI硬件相关寄存器(ACPI Hardware Register Blocks,就是下图的GPx_BLK等)，还包含DSDT，Differentiated System Description Table，该表包含大量的硬件信息。

这些信息包含在称为Differentiated Definition Block的结构中，它使用一种特殊的语言AML(ACPI Machine Language)表示，而AML语言又通过ASL(ACPI Source Language)编译而成，OEM厂商通过自己写ASL来表示自己的硬件设备信息供OS使用。OS可以利用这些Definition Block来进行各种相关的操作

什么是ASL

ASL(ACPI Source Language)是ACPI的源代码语言,用来定义ACPI表如DSDT,SSDT等。

ASL语言具有以下特征:

类似于C语言,同时也支持ACPI定义的关键字和数据类型
用来定义ACPI表中包含的对象,如设备,方法,操作区等
支持宏定义,条件编译等
支持继承,一个定义可以扩展前一个定义
支持 Default 关键字,为对象提供默认值

举个简单的例子:

例如：

DefinitionBlock ("SSDT.aml", "SSDT", 2, "ACPI", "Subsystem", 0x00000000)
{External (\_SB.PCI0, DeviceObj)External (\_SB.PCI0.GFX0, DeviceObj)Scope (\_SB.PCI0.GFX0){Method (_DOD) {Return (2)  // Device On, Device Stay On}Method (_DOS, 1) {Store (Arg0, \_SB.PCI0.GFX0._FUN023) // Set Display State}// Other definitions...}
}

该例子定义了一个SSDT表,其中包含_SB.PCI0.GFX0域的_DOD方法和_DOS方法,这两个方法就是用ASL语言定义的。

编译ASL代码,可以得到ACPI表的二进制数据,这就是操作系统最终加载和解析的ACPI表数据了。OS到时候就不需要直接去与底层硬件沟通，它只要直接操作这些Asl生成的内容就可以了

所以,ASL是ACPI实现的基石,通过它我们可以根据系统硬件特性,灵活定制ACPI表,为操作系统提供丰富的电源管理功能。

具体学习ASL博客链接：

.html