UEFI系統的啓動過程（1）
UEFI系統的啓動遵循UEFI平臺初始化（PlatformInitialization）標準。UEFI系統從加電到關機可分爲7個階段：
SEC（安全驗證）→PEI（EFI前期初始化）→DXE（驅動執行環境）
→BDS（啓動設備選擇）→TSL（操作系統加載前期）
→RT（Run Time）
→AL（系統災難恢復期）
圖1-2展示了UEFI系統從加電到關機的7個階段（以圖中豎線爲界）。
前三個階段是UEFI初始化階段，DXE階段結束後UEFI環境已經準備完畢。
BDS和TSL是操作系統加載器作爲UEFI應用程序運行的階段。
操作系統加載器調用ExitBootServices()服務後進入RT階段，RT階段包括操作系統加載器後期和操作系統運行期。
當系統硬件或操作系統出現嚴重錯誤不能繼續正常運行時，固件會嘗試修復錯誤，這時系統進入AL期。但PI規範和UEFI規範都沒有規定AL期的行爲。“？”號表示其行爲由系統供應商自行定義。
1.SEC階段
SEC（Security Phase）階段是平臺初始化的第一個階段，計算機系統加電後進入這個階段。
（1）SEC階段的功能
UEFI系統開機或重啓進入SEC階段，從功能上說，它執行以下4種任務。
1）接收並處理系統啓動和重啓信號：系統加電信號、系統重啓信號、系統運行過程中的嚴重異常信號。
2）初始化臨時存儲區域：系統運行在SEC階段時，僅CPU和CPU內部資源被初始化，各種外部設備和內存都沒有被初始化，因而系統需要一些臨時RAM區域，用於代碼和數據的存取，我們將之稱爲臨時RAM，以示與內存的區別。這些臨時RAM只能位於CPU內部。最常用的臨時RAM是Cache，當Cache被配置爲no-eviction模式時，可以作爲內存使用，讀命中時返回Cache中的數據，讀缺失時不會向主存發出缺失事件；寫命中時將數據寫入Cahce，寫缺失時不會向主存發出缺失事件，這種技術稱爲CAR（Cache As Ram）。
3）作爲可信系統的根：作爲取得對系統控制權的第一部分，SEC階段是整個可信系統的根。SEC能被系統信任，以後的各個階段纔有被信任的基礎。通常，SEC在將控制權轉移給PEI之前，可以驗證PEI。
4）傳遞系統參數給下一階段（即PEI）：SEC階段的一切工作都是爲PEI階段做準備，最終SEC要把控制權轉交給PEI，同時要將現階段的成果彙報給PEI。彙報的手段就是將如下信息作爲參數傳遞給PEI的入口函數。
系統當前狀態，PEI可以根據這些狀態判斷系統的健康狀況。
可啓動固件（Boot Firmware Volume）的地址和大小。
臨時RAM區域的地址和大小。
棧的地址和大小。
（2）SEC階段執行流程
上面介紹了SEC的功能，下面再來看看SEC的執行流程，如圖1-3所示。
UEFI系統的啓動過程（2）
以臨時RAM初始化爲界，SEC的執行又分爲兩大部分：臨時RAM生效之前稱爲Reset Vector階段，臨時RAM生效後調用SEC入口函數從而進入SEC功能區。
其中Reset Vector的執行流程如下。
1）進入固件入口。
2）從實模式轉換到32位平坦模式（包含模式）。
3）定位固件中的BFV（Boot Firmware Volume）。
4）定位BFV中的SEC映像。
5）若是64位系統，從32位模式轉換到64位模式。
6）調用SEC入口函數。
下面的代碼描述了從固件入口Reset Vector到SEC入口函數的執行過程：
在Reset Vector部分，因爲系統還沒有RAM，因而不能使用基於棧的程序設計，所有的函數調用都使用jmp指令模擬。OneTimeCall是宏，用於模擬call指令。例如，宏調用OneTimeCall EarlyInit16，如圖1-4所示。
進入SEC功能區後，首先利用CAR技術初始化棧，初始化IDT，初始化EFI_SEC_PEI_HAND_OFF，將控制權轉交給PEI，並將EFI_SEC_PEI_HAND_OFF傳遞給PEI。
不同的硬件平臺，SEC代碼會有不同的實現方式，但大致執行過程相似。下面以OVMF（具體介紹參見第2章）爲例，介紹SEC功能區的執行過程。
UEFI系統的啓動過程（3）
2.PEI階段
PEI（Pre-EFI Initialization）階段資源仍然十分有限，內存到了PEI後期才被初始化，其主要功能是爲DXE準備執行環境，將需要傳遞到DXE的信息組成HOB（Handoff Block）列表，最終將控制權轉交到DXE手中。PEI執行流程如圖1-5所示。
從功能上講，PEI可分爲以下兩部分。
PEI 內核（PEI Foundation）：負責PEI基礎服務和流程。
PEIM（PEI Module）派遣器：主要功能是找出系統中的所有PEIM，並根據PEIM之間的依賴關係按順序執行PEIM。PEI階段對系統的初始化主要是由PEIM完成的。
每個PEIM是一個獨立的模塊，模塊的入口函數類型定義如下所示：
typedef EFI_STATUS(EFIAPI *EFI_PEIM_ENTRY_POINT2)(IN EFI_PEI_FILE_HANDLE FileHandle,IN CONST EFI_PEI_SERVICES **PeiServices);
通過PeiServices，PEIM可以使用PEI階段提供的系統服務，通過這些系統服務，PEIM可以訪問PEI內核。PEIM之間的通信通過PPI（PEIM-to-PEIM Interfaces）完成。
PPI與DXE階段的Protocol類似，每個PPI是一個結構體，包含了函數指針和變量，例如：
struct _EFI_PEI_DECOMPRESS_PPI {EFI_PEI_DECOMPRESS_DECOMPRESS Decompress;} extern EFI_GUID gEfiPeiDecompressPpiGuid;
每個PPI都有一個GUID。根據GUID，通過PeiServices的LocatePpi服務可以得到GUID對應的PPI實例。
UEFI的一個重要特點是其模塊化的設計。模塊載入內存後生成Image。Image的入口函數爲_ModuleEntryPoint。PEI也是一個模塊，PEI Image的入口函數_ModuleEntryPoint，位於MdePkg/Library/PeiCoreEntryPoint/PeiCoreEntryPoint.c。_ModuleEntryPoint最終調用PEI模塊的入口函數PeiCore，位於MdeModulePkg/Core/Pei/PeiMain/PeiMain.c。進入PeiCore後，首先根據從SEC階段傳入的信息設置Pei Core Services，然後調用PeiDispatcher執行系統中的PEIM，當內存初始化後，系統會發生棧切換並重新進入PeiCore。重新進入PeiCore後使用的內存爲我們所熟悉的內存。所有PEIM都執行完畢後，調用PeiServices的LocatePpi服務得到DXE IPL PPI，並調用DXE IPL PPI的Entry服務，這個Entry服務實際上是DxeLoadCore，它找出DXE Image的入口函數，執行DXE Image的入口函數並將HOB列表傳遞給DXE。
3.DXE階段
DXE（Driver Execution Environment）階段執行大部分系統初始化工作，進入此階段時，內存已經可以被完全使用，因而此階段可以進行大量的複雜工作。從程序設計的角度講，DXE階段與PEI階段相似，執行流程如圖1-6所示。
UEFI系統的啓動過程（4）
與PEI類似，從功能上講，DXE可分爲以下兩部分。
DXE內核：負責DXE基礎服務和執行流程。
DXE派遣器：負責調度執行DXE 驅動，初始化系統設備。
DXE提供的基礎服務包括系統表、啓動服務、Run Time Services。
每個DXE驅動是一個獨立的模塊，模塊入口函數類型定義爲：
typedef EFI_STATUS(EFIAPI *EFI_IMAGE_ENTRY_POINT)(IN EFI_HANDLE ImageHandle, IN EFI_SYSTEM_TABLE *SystemTable); DXE驅動之間通過Protocol通信。Protocol是一種特殊的結構體，每個Protocol對應一個GUID，利用系統BootServices的OpenProtocol，並根據GUID來打開對應的Protocol，進而使用這個Protocol提供的服務。
當所有的Driver都執行完畢後，系統完成初始化，DXE通過EFI_BDS_ARCH_PROTOCOL找到BDS並調用BDS的入口函數，從而進入BDS階段。從本質上講，BDS是一種特殊的DXE階段的應用程序。
4.BDS階段
BDS（Boot Device Selection）的主要功能是執行啓動策略，其主要功能包括：
初始化控制檯設備。
加載必要的設備驅動。
根據系統設置加載和執行啓動項。
如果加載啓動項失敗，系統將重新執行DXE dispatcher以加載更多的驅動，然後重新嘗試加載啓動項。
BDS策略通過全局NVRAM變量配置。這些變量可以通過運行時服務的GetVariable()讀取，通過SetVariable()設置。例如，變量BootOrder定義了啓動順序，變量Boot####定義了各個啓動項（####爲4個十六進制大寫符號）。
用戶選中某個啓動項（或系統進入默認的啓動項）後，OS Loader啓動，系統進入TSL階段。
5.TSL階段
TSL（Transient System Load）是操作系統加載器（OS Loader）執行的第一階段，在這一階段OS Loader作爲一個UEFI應用程序運行，系統資源仍然由UEFI內核控制。當啓動服務的ExitBootServices()服務被調用後，系統進入Run Time階段。
TSL階段之所以稱爲臨時系統，在於它存在的目的就是爲操作系統加載器準備執行環境。雖然是臨時系統，但其功能已經很強大，已經具備了操作系統的雛形，UEFI Shell是這個臨時系統的人機交互界面。正常情況下，系統不會進入UEFI Shell，而是直接執行操作系統加載器，只有在用戶干預下或操作系統加載器遇到嚴重錯誤時纔會進入UEFI Shell。
6.RT階段
系統進入RT（Run Time）階段後，系統的控制權從UEFI內核轉交到OS Loader手中，UEFI佔用的各種資源被回收到OS Loader，僅有UEFI運行時服務保留給OS Loader和OS使用。隨着OS Loader的執行，OS最終取得對系統的控制權。
7.AL階段
在RT階段，如果系統（硬件或軟件）遇到災難性錯誤，系統固件需要提供錯誤處理和災難恢復機制，這種機制運行在AL（After Life）階段。UEFI和UEFI PI標準都沒有定義此階段的行爲和規範。