UEFI BIOS电源管理研究和应用

摘要

UEFI(Unified Extensible Firmware Interface)由于支持新技术的应用和使用模式的创新，并且它相对于原有的BIOS(Basic Input Output System)系统更加开放和标准化，因此得到了英特尔、微软、超微等公司的大力推广。但是，目前UEFI的发展还未解决下面两个问题：一方面，由于UEFI和传统的BIOS不支持其自身环境下的电源管理功能，另一方面UEFI环境或是传统BIOS环境和操作系统环境之间的切换时间较长。因此它给一些应用的推广带来了技术上的困难。本文结合软硬件两方面技术的特点，为开放的创新应用模式构建技术平台，主要实现两个目标：一是研究如何在UEFI环境下实现系统级别的电源管理；二是在系统睡眠唤醒后，不直接进入操作系统，而是通过重新创建并进入UEFI环境(S3 UEFI)来支持新的应用模式。
　　本文的研究使用了英特尔的笔记本开发电路板用作开发验证平台，完成了如下主要工作任务。
　　1）实现了系统睡眠唤醒后重新构建UEFI环境，进入到UEFI Shell。而在该环境工作结束后，可以退出UEFI Shell，并继续原来的操作系统唤醒过程，回到操作系统后各设备均能正常使用。
　　2）在该S3 UEFI环境下实现了网络协议栈功能，并且可以运行UEFI Shell下的应用程序，实现了FTP下载数据到磁盘的应用模式。
　　3）在该环境下实现了系统电源管理功能，通过利用软件控制处理器、PCI设备、磁盘设备等，结合网络下载特定的使用模式，优化了系统的电源管理功能。
　　4）测试该电路板包括直流电源转换器在内的各主要部件的功耗分布，从而了解系统各部件功耗分布在整体功耗中的比重。
　　5）比较了S3 UEFI环境和不同操作系统，例如Win7，WinXP，Linux下的功耗。在相同的使用模式下，对比整体系统功耗，通过数据表明本研究的系统整体功耗低于操作系统下的功耗。
　　实验结果表明，本研究的功耗低于其他操作系统至少在17％以上，并且可以在UEFI环境和操作系统环境之间快速切换，从而创造新的使用模式。这是由于在商业模式上，该使用模式主要由电脑品牌商控制，从而不依赖于特定的操作系统。例如：可以在UEFI环境下做病毒扫描，网络下载和备份等应用，从而达到优于操作系统下的电源管理功能，使得品牌电脑厂商可以做到产品差异化。
　　由于UEFI是开放的工业标准，从而可以做到不同厂家软件的兼容性，鼓励更多的应用在该环境下运行。

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1 绪论

1.1 论文研究的目的和意义

1.2 国内外技术发展现状与趋势

1.3 研究目标与关键技术介绍

1.4 论文结构安排

2 相关背景知识与技术介绍

2.1 传统BIOS技术介绍

2.2 UEFI BIOS标准介绍

2.3 ACPI电源管理概念简介

2.4 硬件电源管理原理

2.5 软件电源管理理论

2.6 操作系统电源管理架构介绍

2.7 本章小结

3 系统总体设计

3.1睡眠唤醒后的UEFI BIOS环境创建

3.2 网络下载使用模式整体设计

3.3 UEFI BIOS电源管理和网络下载流程

3.4 系统和部件功耗测量方法

3.5本章小结

4 系统关键技术设计与实现

4.1 睡眠唤醒后的UEFI BIOS 重建技术

4.2 网络下载应用模式实现

4.3 设备电源管理实现

4.4本章小结

5 系统测量和数据分析

5.1 测试平台和测量工具介绍

5.2测量的目的，原理和方法

5.3本章小结

6 总 结

6.1工作心得体会

6.2项目总结

6.3项目后续改进和展望

参考文献

附录 路板三种模式下功耗分布详细数据

致谢

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