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UEFI 事件

news 文章来源：https://blog.csdn.net/FDS99999/article/details/144105668 2025/1/15 16:35:00

UEFI 不再支持中断（准确地说，UEFI 不再为开发者提供中断支持，但在UEFI内部还是使用了时钟中断），所有的异步操作都要通过事件（Event）来完成。

启动服务为开发者提供了用于操作事件、定时器及TPL（任务优先级）的函数。这些函数可以分为三类：事件相关函数、定时器相关函数及 TPL相关函数。

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事件函数

启动服务中事件相关函数有 6 个，函数名大部分以 Event 结尾。提供给事件生产者的函数有 CreateEvent/CreateEventEx、SignalEvent及CloseEvent。提供给事件使用者的有WaitForEvent和CheckEvent。

等待事件的服务 WaitForEvent

WaitForEvent 用于等待事件的发生，类似于 Windows 提供的 WaitForMultipleObjects(...)。
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WaitForEvent 是阻塞操作，直到 Event 数组内任一事件被触发，或任一事件导致错误出现，WaitForEvent 才返回。WaitForEvent 从前到后依次检查 Event 数组内的事件，发现有被触发的事件或遇到错误则返回，如果所有事件都没有被触发，则从头开始重新检查。

当检查到某个事件处于触发态时，*Index赋值为该事件在Event数组中的下标，返回前该事件将重置为非触发态。

当检查到某个事件是EVT_NOTIFY_SIGNAL类型时，*Index赋值为该事件在Event数组中的下标，并返回EFI_INVALID_PARAMETER。
WaitForEvent必须运行在 TPL_APPLICAION 级别，否则将返回 EFI_UNSUPPORTED。

WaitForEvent 没有超时属性，如果想让 WaitForEvent 只等待一定的时间，则需要在事件等待数组加入定时器事件。

生成事件的服务 CreateEvent

CreateEvent 用于生成一个事件。
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1.事件的类型
事件的类型可以是以下一种或几种基本类型的组合：
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EVT_TIMER：定时器事件。普通Timer事件，没有Notification函数。生成事件后需调用SetTimer服务设置时钟属性；
EVT_NOTIFY_WAIT：普通事件。这个事件有一个Notification函数，当这个事件通过CheckEvent()检查状态或通过 WaitForEvent()等待时，这个 Notification 函数会被放到待执行队列gEventQueue[Event->NotifyTpl]中；
EVT_NOTIFY_SIGNAL：普通事件。这个事件有一个Notification函数，当这个事件通过SignalEvent()被触发时，这个 Notifcation 函数会被放到待执行队列 gEventQueue[Event->NotifyTpl] 中等待执行；
0x00000000：普通事件。此类事件没有Notification 函数。

还有两种特殊的事件，它们用在操作系统系统加载器从启动期向运行时期转换的过程中：

EVT_SIGNAL_EXIT_BOOT_SERVICES：此类事件是一种特殊的 EVT_NOTIFY_SIGNAL，实际上它是 EVT_NOTIFY_SIGNAL 和0x00000001的组合。当ExitBootServices()执行时，事件被触发。EVT_SIGNAL_EXIT_BOOT_SERVICES不能和其他类型混合使用。它的 Notification 函数和子函数不能使用启动服务中的内存分配服务；在 Notification 函数执行前所有的定时器服务都已失效，因而在Notificaiton 函数中也不能使用定时器服务。
EVT_SIGNAL_VIRTUAL_ADDRESS_CHANGE：它是EVT_RUNTIME_CONTEXT、EVT_RUNTIME、EVT_NOTIFY_SIGNAL和0x00000002的组合。它不能和这 4 种类型之外的类型组合使用。当 SetVirtualAddressMap()被调用时触发此类事件。

2.优先级
CreateEvent 的第二个参数为NotifyTPL（即任务优先级），它可以是 0 ~ 31 的一个整数。
UEFI 预定义了以下 4 个优先级：
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TPL_APPLICATION：预定义的 4 个级别中最低的一个优先级。应用程序运行（包括 Boot Manager 和 OS Loader）在这个级别。当程序运行在这个级别时，任务队列中没有任何处于就绪状态的事件 Notification 函数；
TPL_CALLBACK：比较耗时的操作通常在这个优先级执行，如文件系统、磁盘操作等；
TPL_NOTIFY：运行在这个级别的程序不允许阻塞必须尽快执行完毕并且返回。如果需要更多操作，则需要使用Event由内核重新调度。通常，底层的 IO 操作允许在这个级别。大部分Event的Notification函数允许在这个级别；
TPL_HIGH_LEVEL：优先级最高级别。在此级别，中断被禁止。UEFI 内核全局变量的修改需要允许在这个级别。

3.Notification 函数 NotifyFunction
CreateEvent的第三个参数NotifyFunction是EFI_EVENT_NOTIFY类型的函数指针。
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如果事件的类型是 EVT_NOTIFY_WAIT，则 EFI_EVENT_NOTIFY 函数会在等待此事件的过程中调用；如果事件的类型是EVT_NOTIFY_SIGNAL，则 EFI_EVENT_NOTIFY 函数会在事件触发时调用。既没有 EVT_NOTIFY_WAIT 属性也没有EVT_NOTIFY_SIGNAL属性的事件，Notification 参数将被忽略。

CreateEvent 的第4个参数是NotifyContext，将在Notification 函数被调用时作为第 2 个参数传递给该函数，用于指向这个Notification 函数的上下文。

CreateEventEx 服务

CreateEventEx 服务用于生成事件并将事件加入事件组。
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由 CreateEventEx 生成的事件会加入到EventGroup中。当EventGroup中的任一事件被触发后，组中的所有其他事件都会被触发，进而同组内所有的Notification函数都将被加入到待执行队列。同组内 NotifyTpl(优先级)高的Notification函数会先被执行。

如果输入参数EventGroup为NULL，则CreateEventEx退化为 CreateEvent。

Type 不能是 EVT_SIGNAL_EXIT_BOOT_SERVICES 或 EVT_SIGNAL_VIRTUAL_ADDRESS_CHANGE，因为这两种类型有各自对应的Group。

UEFI 预定义的 4 个 Event 组：
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事件相关的其他函数

1.检查事件状态的服务CheckEvent()
CheckEvent 用于检测事件的状态。与WaitForEvent不同的是，CheckEvent调用后立刻返回。
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2.触发事件的服务 SignalEvent
SignalEvent 用于将事件的状态设置为触发态。如果事件类型为EVT_NOTIFY_SIGNAL，则将其 Notification函数添加到就绪队列准备执行。如果该事件属于一个组，则将该组内所有事件都设置为触发态，并将组内所有EVT_NOTIFY_SIGNAL事件的Notification函数添加到就绪队列准备执行。
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3.关闭事件的服务CloseEvent
事件使用完毕后，必须调用CloseEvent关闭这个事件：
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通常的原则是由事件的所有者（即调用CreateEvent产生该事件的调用者）调用CloseEvent函数。调用该函数后，指定的事件将从内核中删除。

定时器函数

定时器是一类特殊的事件，生成定时器事件后，可以通过SetTimer服务设置定时器属性。

SetTimer 服务的函数原型：
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Type 是定时器类别：

任务优先级

UEFI标准虽然不支持多线程，但是UEFI中有任务的概念：一个程序是一个任务，事件的Notification函数也是一个任务。UEFI没有给开发者提供中断接口，但 UEFI 内核的运行需要时钟中断的支持，时钟中断处理函数也是一个任务。
例如，时钟中断任务的重要性要大于定时器的Notification函数，而定时器的 Notification函数的重要性大于普通应用程序。UEFI为任务定义了任务级别，以便有限的计算机资源可以相对合理地分配给众多的任务。

提升和恢复任务优先级

RaiseTPL(NewTpl)用于提升当前任务的任务优先级至NewTpl，该函数的返回值为原来的任务优先级。RestoreTPL用于恢复（通常是降低）任务优先级至原来的优先级。

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RaiseTPL 和 RestoreTPL 必须成对出现，执行了RaiseTPL后，必须尽快调用 RaiseTPL 将任务优先级恢复到原来的值。

当任务优先级提升至TPL_HIGH_LEVEL时，将关闭中断。当任务优先级从TPL_HIGH_LEVEL恢复到原来的（比TPL_HIGH_LEVEL低的）值时，中断被重新打开。

在任务优先级恢复到原优先级之前，所有高于原优先级的触发态事件的Notification函数都要执行完毕。

UEFI是单CPU单线程系统，产生数据竞争的唯一可能来自中断处理函数，因而可以利用这一特性实现锁，这正是 UEFI 锁的实现机制。

UEFI 中的时钟中断

UEFI 用事件机制取代了 BIOS 中的中断机制，虽然 UEFI 不再提供中断接口，但其实现却离不开中断尤其是时钟中断。时钟中断是事件机制的基础。

1.时钟处理函数 CoreTimerTick
在时钟中断中调用，是时钟中断处理函数的主体。该函数执行期间必须关中断并且不能被其他任何任务干扰，因而进入函数时需要加锁，离开函数时需要解锁。它的主要功能是维持系统时间，检查定时器事件列表中是否有到期的事件。
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2.设置时钟处理函数及安装时钟中断
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mArchProtocols 数组是 UEFI 系统 DXE 阶段的全局变量，存放了体系结构相关的 Protocol，系统初始化时会为 mArchProtocols 中的每个元素生成一个事件，当这个元素对应的 Protocol 安装时，该事件会触发，在事件的回调函数中会对该Protocol做相应的初始化。

Protocol 在内核中的组织：
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所有的 Protocol均放在 mProtocolDatabase指向的PROTOCOL_ENTRY链表中。PROTOCOL_ENTRY 包含三个链表。
AllEntries 是PROTOCOL_ENTRY 链。
Protocols 指向此Protocol的所有实例。
Notify指向 PROTOCOL_NOTIFY链表，当 PROTOCOL_ENTRY.ProtocolD 对应的 Protocol 安装时，Notify 链表中所有Event都会触发。

例如，mArchProtocols[3]为{&gEfiTimerArchProtocolGuid, (VOID**)&gTimer, NULL, NULL, FALSE},是EFI_TIMER_ARCH_PROTOCOL 对应的 EFI_CORE_PROTOCOL_NOTIFY_ENTRY 项；
CoreNotifyOnProtocolInstallation 执行后，mArchProtocols[3]为{&gEfiTimerArchProtocolGuid, ( VOlD** )&gTimer, timerEvent, Registration, FALSE} ,TimerEvent 的 Notification 函数被 CoreRegisterProtocolNotify 函数注册到系统。
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CoreRegisterProtocolNotify(…)函数的主要功能是在 mProtocolDatabase 数据库中注册PROTOCOL_NOTIFY。当Protocol安装时，会检查该Protocol对应的PROTOCOL_ENTRY.Notify。如果PROTOCOL_ENTRY.Notify存在，则触发它指向的事件。
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当 EFI_TIMER_ARCH_PROTOCOL安装时，mArchProtocols[3].Event事件会触发，然后这个事件的响应函数 GenericProtocolNotify会执行，在 GenericProtocoINotify中通过 EFI_TIMER_ARCH_PROTOCOL的RegisterHandler 时钟中断处理函数。

向 gimer 注册 CoreTimerTick 函数
gTimer 是EFI_TIMER_ARCH_PROTOCOL*类型的全局变量。
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gTimer->RegisterHandler 这个函数指针指向了函数 TimerDriverRegisterHandler。

mTimerNotifyFunction这个函数指针将在时钟中断处理函数TimerInterruptHandler中被调用。
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向 CPU 注册中断处理函数 TimerInterruptHandler
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在 TimerDriverlnitialize 中，最终通过 EFI_CPU_ARCH_PROTOCOL 的 RegisterInterruptHandler注册了 TimerInterruptHandler。另外，在中断处理函数中将会调用 TimerInterruptHandler，而TimerlnterruptHandler 又会调用 mTimerNotifyFunction, 即 CoreTimerTick。
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而 mCpu->RegisterInterruptHandler 将会调用CpuRegisterInterruptHandler 函数：

此函数注册并启用由 InterruptHandler 为处理器中断或由InterruptType指定的异常类型指定的处理程序。如果InterruptHandler为NULL，则取消安装由InterruptType指定的处理器中断或异常类型的处理程序。安装的处理程序对于每个处理器中断或异常调用一次。

在 CPU 时钟中断向量中调用时钟中断处理函数

默认的中断向量主要功能是调用CommonInterruptEntry。该函数主要完成以下任务：
1）保存寄存器；
2）调用ExternalVectorTable[InterruptType]；
3）恢复寄存器，从中断处理返回。
在时钟中断向量中，ExternalVectorTable[InterruptType]指向函数 TimerInterruptHandler。

时钟中断的执行过程：
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注册时钟中断函数和注册时钟处理函数的过程：

UEFI 事件 Notification 函数的派发

Event的一个重要作用是实现异步操作，事件 Notification函数的派发是在gBS->RestoreTpl服务中完成的。gBS->RestoreTpl实际指向CoreRestoreTpl函数：
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内容来源于《UEFI 原理与编程》。。。