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一个时代结束:英特尔2020年之前淘汰PC BIOS

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发表于 2017-11-25 10:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
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月初时,UEFI论坛(Unified Extensible Firmware Interface)召开Plugfest会议,它是一个专注硬件互操作测试的会议,英特尔在会上宣布说,2020年之前将会淘汰彻底淘汰PCBIOS,全面向UEFI固件过渡。

BIOS就是“基本输入/输出系统(BasicInput/Output System)”,它是一小段代码,植入PC主板,负责处理硬件的基本初始化、启动任务。当我们启动PC时,首先就是BIOS检测硬件,比如装有多大容量的内存,查看硬件是否健康,看看键盘有没有插上,检查完之后就会加载操作系统,运行系统。如果系统正在运行,BIOS就会提供一些基本系统服务,比如接收键盘输入指令,在屏幕、硬盘上阅读/书写内容。

1981年,IBM推出第一台PC,当时BIOS就是PC的关键部分。如果企业想开发兼容PC的系统,必须让系统兼容BIOS,为软件提供相同的系统服务。如果不这样做,PC软件就无法在它们的机器上流畅运行。在早期阶段,PC克隆公司必须对BIOS实施逆向工程,而且在兼容方面做得不是很好。没几年,固件公司Phoenix推出一个稳定、精准的逆向工程BIOS,授权给第三方使用,这样就可以大规模生产PC克隆机了。

IBM PC的BIOS与英特尔X86处理器关系密切,它用处理器的16位实模式运行,固件本身一般用汇编程序书写。

在过去几年里,BIOS服务的地位不断下降。因为使用的是16位实模式,BIOS运行相当慢,1990年代,386推出,PC操作系统开始向32位保护模式转移,PC用自己的32位驱动访问硬件,不再使用BIOS系统服务。制造商渐渐将BIOS功能放进初始系统启动程序,将任务交给运行的OS来处理。

因为BIOS是与X86配套的,也就是说其它平台会有自己的固件,这些固件无法兼容,比如SUN公司的SPARC芯片、苹果/IBM/摩托罗拉PowerPC芯片。2000年代初,英特尔开发推广ItaniumIA64处理器,它需要新固件,因为X86 BIOS明显已经过时了。英特尔没有从其它非X86固件借用技术,或者拓展技术,它为IA64机器开发了EFI(Extensible Firmware Interface)。

在X86机器上,BIOS一直苟延残喘,延续至2000年代。最终,由于BIOS表现差、功能有限、可维护性差,所以英特尔及PC产业的其它企业开始寻找其它技术。EPI开始支持32位和64位X86系统(还有其它企业也支持EPI,比如ARM机器),此时,技术有了一个新名字,那就是UEFI。

2007年左右时,PC操作系统渐渐支持UEFI。当时微软推出了64位X86版Windows Vista Service Pack 1系统,支持UEFI启动。2011年英特尔推出Sandy Bridge处理器,PC硬件开始向UEFI转移。到了今天,UEFI无处不在,基本上所有X86系统芯片都支持UEFI,不是BIOS。

虽然硬件公司起步晚一些,不过UEFI早期研发取得一些成绩,硬件公司可以将成果利用起来。例如,微软的Surface硬件可以直接从固件安装/恢复裸机操作系统,有网络就行。如果是BIOS,要做到是不可能的。还有,UEFI的启动速度比BIOS快很多。

既然英特尔决定在2020年之前弃用BIOS,那么它准备怎么办呢?我们现在处于过渡期。虽然所有新硬件和操作系统都支持UEFI,但是老操作系统不支持啊,比如DOS、比Windows 7还老的32位Windows、比Vista还老的64位Windows。还有,一些硬件设备与BIOS高度关联。旧BIOS有一个名叫OptionROM的扩展系统,有了它,BIOS系统服务才能识别插件硬盘控制器。和BIOS一样,Option ROM也是用16位实模式X86代码编写的。

第一代UEFI固件只支持BIOS兼容程序界面,这样就可以无缝搭配需要BIOS的硬件和软件。后来的UEFI固件开始提供UEFI本地接口。如何应付这种局面?旧操作系统用BIOS启动,旧硬件仍然支持BIOS,这是一个问题。新固件可以用BIOS兼容模式运行,植入CSM(Compatibility Support Module)就可以了。安装CSM之后,现代系统可以启动旧软件、支持旧硬件。如果没有CSM,只能运行UEFI原生硬件和软件。

今天,大多PC出货时都会禁用CSM,许多时候只是作为备用选项。也有许多独立主板推出,供装机用户使用,里面的CSM是激活的,当然,CSM也可以关闭。为什么会有这样的不同呢?如果想在机器上贴上Windows Logo,必须获得微软的认证,微软用Secure Boot识别,还对硬件提出具体要求。有些恶意软件会入侵系统磁盘,Secure Boot可以阻挡此类恶意软件,不过只有CSM关闭时SecureBoot才能运行。正因如此,有许多OEM PC出货时贴有Windows兼容标志,CSM是关闭的。装机用户一般不会在意,所以出货时主板选择CSM模式,这种模式兼容性更强,但是安全性弱一些。

现在英特尔计划全面抛弃CSM。这样一来硬件就会简单很多,因为不需要验证CSM是否关闭;当开发者开发新网卡、磁盘控制器、视频卡时,不必因为用户想在新硬件上运行老软件就提供Option ROM。如何运行老软件,可以交给虚拟机或者其它老式模拟技术。

展望未来,淘汰CSM可能还会刺激英特尔淘汰另一门老技术。即使是英特尔最新最好的处理器,比如28核56线程Platinum 8180M(定价13011美元),启动时也跟16位8086芯片一样慢,用的是古老的16位处理模式。将BIOS和CSM剔除,英特尔就可以清理这些老处理器模式。

一直有传闻说,未来的X86处理器会清除一些老技术,它可能会推出纯32位、64位处理器,不再兼容16位技术,这样就可以将BIOS完全从UEFI清理出去。(此文为转载)








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