【UEFI系列】SEC阶段讲解

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第一章 SEC阶段讲解

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前言

众所周知，UEFI bios分为四个阶段：SEC、PEI、DXE、BDS，运行完毕才能进到setup界面或是进入操作系统。
x86平台较为经典，而ARM在UEFI之前需要运行ATF(Arm Trusted Firmware)，ATF做了SEC和PEI的部分工作，且ARM部分平台不需要PEI。

这篇文章着重介绍UEFI bios的SEC阶段。

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提示：以下皆基于x86 UEFI bios

一、SEC阶段

SEC: The Security Phase 安全验证阶

1.为什么需要SEC？

• 上电后部分操作需要用汇编代码来实现。
  （C代码无法控制某些CPU的寄存器，比如MSR、MTRR、CRx）
• 内存在SEC阶段还没有初始化好，用CPU的缓存来做Cache As RAM运行代码。
• 将CPU从16位实模式（real mode）切换到32位（传统x86架构中，现代x86也支持64位）保护模式（protected mode/flat mode）

2.SEC阶段做了哪些事情？

• CPU初始化
  1.CPU进入保护模式
  2.寄存器（MSR、MTRR、CRx等）初始化
  3.Cache As Ram把CPU的缓存初始化为内存使用

• 过渡到PEI阶段切换成C代码执行
  （将控制转移到PEI阶段-包括有关BFV（Basic Firmware Volume基本固件卷）、堆栈、CAR的信息）

3.SEC特性
· 代码越短越好。
· 使用汇编语言。
· 不同平台（CPU）厂商SEC代码不同。
· 接收并处理系统启动和重启信号。

4.总结
（1）作为可信系统的根
（2）初始化CPU特殊寄存器
（3）实模式切换为保护模式
（4）Cache As RAM，CPU缓存作为运行内存，执行汇编代码
（5）接收并处理系统启动和重启信号
（6）传递系统参数给PEI阶段（系统当前状态，PEI根据状态值判断系统当前的健康情况/可启动固件的地址和大小，PEI据此判断可用硬件/临时RAM区域的地址和大小/栈的地址和大小）

二、Framework architecture框架架构

1.UEFI架构里的SEC

一上电就开始跑SEC。PEI回去install memory，然后代码就会在内存里跑（之后内存可用后CPU cache又会恢复成只读）。

2.SEC在bios rom的位置分布

bios rom一般是8/16/32M，不同平台不同大小和文件后缀（.bin .hpm等等）。
映射到内存寻址空间：

±----------------------+ 0xFFFFFFF
|   SEC     | — FV_BB （boot block）
±----------------------+
|    PEI     | — FV_BB
±----------------------+
|   DXE/BDS   | — FV_MAIN
±----------------------+
|   NVRAM    | — FV_NVRAM（存变量的可更改区域）
±----------------------+

SEC执行的第一行真正执行代码（不算nop）是汇编jmp，在0xFFFFFFF0处3-5字节（视前面的nop，有偏移），实际上并不是占满0xFFFFFFFF。

三、SEC Core code flow

• Power on: 0xFFFFFFF0
  ResetVec.asm 的标签resetVector开始执行 (形如这些，具体文件名和标签不一定相同，各平台明明不同，但都是跑16位实模式的汇编)
  代码如下（示例）：

ALIGN   16
resetVector:nopnopjmp     EarlyBspInitReal16
ALIGN   16
fourGigabytes:

resetVector标签里jmp之前有没有nop，resetVector的地址都是0xFFFFFFF0，例如这里的代码jmp会在0xFFFFFFF2开始。
位置就是用 ALIGN 16 和 fourGigabytes: 来确定它在4G寻址最末尾16字节。

• Flat32.asm 实模式（16位）转为保护模式
  不一定叫这个，各家代码不一样，也可能叫Real16ToFlat32.asm之类的。
  总之就是jmp EarlyBspInitReal16后执行代码再跳转跳转跳转到地方。

• Cache As Ram

• 控制权交给PEI（有地方会调SecStartup in SecMain.c）
  执行函数SecStartup，再调到SecStartupPhase2函数（这俩函数都是NORETURN类型，跳走了就走了）。
  SecStartupPhase2中途调用FindPeiCore.c里的FindAndReportEntryPoints函数，调用完后继续执行。
  最后（SecStartupPhase2末尾）：

(*PeiCoreEntryPoint)(SecCoreData, PpiList); //各家代码不同，大概是这样子

带着SEC时候的信息SecCoreData就去PEI了。

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附

问：SEC什么时候可以执行C代码的？
答：CAR、堆栈建立完成后。