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。
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(...)
。
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。
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:
- 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:
- 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。
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。
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:
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。
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。
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:
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:
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。
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 。
2.设置时钟处理函数及安装时钟中断
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:
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。
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。
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。
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。
向 CPU 注册中断处理函数 TimerInterruptHandler
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
。
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:
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:
内容来源于 《UEFI 原理与编程》。。。