UEFI Shell下服务器系统信息访问机制的研究与实现

摘要

随着基于统一可扩展固件接口（UEFI）BIOS的服务器产品的全面普及，原先由于传统BIOS缺乏统一接口规范而导致的各种弊端，目前正在被逐步的解决。在服务器产品开发过程中，通过对服务器系统信息的分析,不仅可以帮助研发人员发现和解决产品出现的问题,而且还可以加快产品性能优化等各项任务的完成。
　　本论文从服务器系统硬件架构的研究分析着手，对服务器系统信息进行了分类与解析。论文研究基于UEFI标准接口规范，实现了在UEFI Shell下对服务器系统信息的分类访问与初步解析。论文实现部分以EDKII作为软件开发平台，以EDKII所提供的Shell应用工程模块完成程序的开发。通过对服务器系统信息相关规范和协议的分析研究，提出了一种在UEFI Shell下实现服务器系统信息访问的软件方法。论文提出的软件设计方案基于UEFI模块化程序设计理念，以UEFI Shell为系统运行环境，并充分利用了UEFI系统所提供的各种标准服务接口和协议。论文对基于事件驱动机制的人机交互接口的实现，对SMBIOS结构表，内存空间分配表，系统内存空间，I/O设备的配置空间、MMIO空间、I/O地址空间，CPU MSR寄存器以及系统事件日志记录等服务器系统信息的访问和解析方法进行了详细的分析研究。
　　论文通过分析研究，实现了对服务器系统信息的模块化分类与整合，同时使得访问服务器系统信息的方式完全符合UEFI标准规范，从而有效解决了之前由于缺乏统一标准而导致的接口混乱、效率低下、通用性差、信息访问受限于外部系统环境等一系列的问题。同时论文实现部分以内置于服务器系统中的UEFI Shell作为运行平台，因此可以降低访问服务器系统信息对运行环境的要求，使得分析服务器系统问题时无需额外花费时间安装操作系统和分析软件，也无需依赖过多的外部设备，从而有效提高分析与解决系统问题的效率和速度。论文软件在以Intel Grantley架构为主的服务器系统平台上进行了测试验证，并在后续实际应用过程中对软件实现方案的可靠性、通用性、兼容性、独立性等方面进行了反复的验证。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 论文选题背景和意义

1.2 研究现状与趋势

1.3 研究的主要工作

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究工作的主要内容

1.4 论文的章节安排

第二章 UEFI与服务器相关知识探究

2.1 初识UEFI

2.2 UEFI设计概述

2.3 UEFI BIOS的启动流程

2.3.1 SEC阶段

2.3.2 PEI阶段

2.3.3 DXE阶段

2.3.4 BDS阶段

2.3.5 TSL阶段

2.3.6 RT阶段

2.3.7 AL阶段

2.4 UEFI Shell系统解析

2.5 基于EDKII 的模块化程序设计研究

2.5.1 EDKII 包(Package)

2.5.2 EDKII 模块(Module)

2.5.3 UEFI 应用程序(Application)

2.6 服务器系统硬件架构分析

2.7 服务器系统信息解析

2.7.1 服务器系统信息行业标准规范

2.7.2 CPU相关信息

2.7.3 内存相关信息

2.7.4 输入/输出设备相关信息

2.7.5 基板管理控制设备相关信息

2.8 本章小结

第三章 服务器系统信息访问的设计规划与实现

3.1 服务器系统信息访问的可行性分析

3.2 服务器系统信息访问的模块化设计方案

3.3 主功能界面模块的实现

3.3.1 主功能模块的主要任务

3.3.2 主功能模块任务的实现

3.3.3 主功能模块的运作流程

3.4 本章小结

第四章 Shell下服务器系统信息的分类访问与实现

4.1 SMBIOS信息解析模块

4.1.1 EPS（Entry Point Structure）表的解析

4.1.2 SMBIOS结构表的解析

4.1.3 SMBIOS结构表解析模块的实现

4.2 CPU MSR寄存器访问模块

4.3 系统内存空间分配表访问模块

4.3.1 ACPI和UEFI中关于内存空间分类的定义

4.3.2 系统内存空间分配表访问模块的实现

4.4 系统内存空间访问模块

4.5 PCI/e配置空间访问模块

4.5.1 PCI/e配置空间的访问方法

4.5.2 PCI/e配置空间访问模块的实现

4.6 PCI/e设备的MMIO和IO空间访问模块

4.7 系统事件日志（SEL）访问模块

4.7.1 系统接口的分类信息

4.7.2 SEL消息与记录的格式定义

4.7.3 SEL记录访问模块的实现

4.8 本章小结

第五章 Shell下服务器系统信息访问的测试验证

5.1 测试系统平台的运行环境

5.2 测试的目的和作用

5.3 各子功能模块的验证

5.3.1 SMBIOS信息解析模块的验证

5.3.2 CPU MSR寄存器解析模块的验证

5.3.3 系统内存访问模块的验证

5.3.4 PCI/e配置空间解析模块的验证

5.3.5 SEL信息解析模块的验证

5.4 跨平台兼容性的验证

5.5 程序运行环境的分析

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文