如何在EDKII中编译UNIX风格C语言

一、前言

通过阅读前面的 EDKII 相关代码实现，我们可以很容易发现其虽使用的是 C 语言语法，但编写规则与我们在 IDE 或者操作系统上运行的 C 语言代码不太一样。以简单的 HelloWorld 程序为例。EDKII 中的代码为：

#include <Uefi.h>
#include <Library/UefiLib.h>
 
EFI_STATUS 
EFIAPI
UefiMain (
    IN EFI_HANDLE ImageHandle,
    IN EFI_SYSTEM_TABLE *SystemTable
) {
    Print(L"Hello, World!\n");
    return EFI_SUCCESS;
}

UNIX 风格代码如下：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>

int main(int argc, char **argv) {
    printf("Hello UEFI World from LibC!\n");
    
    void* ptr = malloc(1024);
    if (ptr) {
        printf("Memory allocated successfully.\n");
        free(ptr);
    }
    
    return 0;
}

对比以上两个程序，下面的代码可以使用我们常见的 C 语言库函数。EDKII 中不能使用类似 printf 之类的库函数就是因为 EDKII 工程中没有此类函数的实现，因此我们的任务就是引入 C 语言库函数的实现。

二、EDK2-LIBC

EDK2-LIBC （也称为 EADK ，即 EDK II Application Development Kit）是一个开源项目，该项目的目标就是降我们熟悉的 C 语言标准库移植到 UEFI 环境中，从能能够让我们在编写标准库程序的时候能够使用 printf、malloc 和 open 等函数。

为什么需要这个环境呢？虽然 UEFI 规范中提供了大量的 API 函数，但这些函数主要提供必要的硬件访问功能，无法使用很多已有的高级应用功能。举个例子来说，前面我们介绍了使用 UEFI 中的图形输出协议 GOP 在屏幕上显示一张图片，这种显示方式非常笨拙，本质上是通过控制屏幕上每个像素点的数据内容来实现，对不同协议的图像数据解析很不友好。但是 C 语言世界存在很多图片格式的解析代码，只需要我们直接调用即可。想象一下如果我们在 UEFI 中实现了这个 UNIX 风格的 C 语言环境，这些非常有空的功能就可以直接移植和调用了。

三、环境搭建

• 1. 下载 edk2-libc 源文件

  git clone https://github.com/tianocore/edk2-libc.git

  将 edk2-libc 与 edk2 放到同一层级路径中。

  yuan@ayuan-virtual-machine:~/src$ tree -L 1
  .
  ├── edk2/                  # 主仓库
  │   ├── MdePkg/
  │   ├── OvmfPkg/
  │   └── ...
  └── edk2-libc/             # libc 仓库
      ├── StdLib/
      ├── AppPkg/
      └── ...

• 2. 配置环境变量

  export PACKAGES_PATH=$PWD/edk2:$PWD/edk2-libc

  配置这个环境变量的作用是告诉 EDK2 的构建系统去哪些额外的目录下寻找包（Packages）的源代码。需要注意的是，每次打开一个新的终端都需要执行一下这个命令。

  如果你只进入 edk2 目录运行 build 命令，构建系统只会解析 edk2 目录下的 *.dsc（平台描述文件）和 *.inf（模块描述文件）。它不知道 edk2-libc 的存在，因此当你编译一个需要标准 C 库的应用程序时，会报错"找不到 StdLib 包"。通过 PACKAGES_PATH，构建系统会把 edk2-libc 也加入搜索路径。当你的应用 *.inf 文件中声明了 StdLib 或 SocketLib 时，构建系统就能在 edk2-libc/StdLib 目录下找到对应的头文件和实现代码。

  如果将来需要引用其他第三方 EDK2 包（如 edk2-platforms），只需继续用冒号 : 分隔路径追加到这个变量中即可。这种方法很方便并且不会污染到 EDK2 的源码文件。

  EDK2 构建系统（build 命令，实际是 BaseTools）在解析依赖时，会按以下顺序查找包：

  • 工作区根目录（即 WORKSPACE 环境变量指向的目录，通常是 edk2 的父目录）。
  • PACKAGES_PATH 环境变量中列出的所有目录（按顺序查找）。
  • EDK_TOOLS_PATH 指定的目录（通常指向 BaseTools）。

  当在 edk2/OvmfPkg/OvmfPkg.dsc 中看到类似这样的定义时：

  [Packages]
    StdLib/StdLib.dec

  构建系统就会依次去 PACKAGES_PATH 里的每个目录下寻找 StdLib 文件夹及其中的 StdLib.dec（包声明文件）。

• 3. 编写三大文件
  • C 程序源码：

  #include <stdio.h>
  #include <stdlib.h>
  
  int main(int argc, char **argv) {
      printf("Hello UEFI World from LibC!\n");
      
      void* ptr = malloc(1024);
      if (ptr) {
          printf("Memory allocated successfully.\n");
          free(ptr);
      }
      
      return 0;
  }

  • inf 文件

  [Defines]
      INF_VERSION = 0x00010006
      BASE_NAME = MyStdLibApp
      FILE_GUID = 4e397097-665f-4745-88c3-6305ac8623aa
      MODULE_TYPE = UEFI_APPLICATION
      VERSION_STRING = 1.0
      ENTRY_POINT = ShellCEntryLib
  
  [Sources]
      MyStdLibApp.c
  
  [Packages]
      MdePkg/MdePkg.dec
      ShellPkg/ShellPkg.dec
      StdLib/StdLib.dec
  
  [LibraryClasses]
      UefiApplicationEntryPoint
      UefiLib
      UefiBootServicesTableLib
      LibC
      LibStdio
      ShellCEntryLib

  • dsc 文件

  [Defines]
      PLATFORM_NAME                  = MyPkg
      PLATFORM_GUID                  = 87654321-4321-4321-4321-CBA987654321
      PLATFORM_VERSION               = 1.0
      DSC_SPECIFICATION              = 0x00010005
      OUTPUT_DIRECTORY               = Build/MyPkg
      SUPPORTED_ARCHITECTURES        = X64
      BUILD_TARGETS                  = DEBUG|RELEASE
  
  [LibraryClasses]
      UefiLib|MdePkg/Library/UefiLib/UefiLib.inf
      UefiApplicationEntryPoint|MdePkg/Library/UefiApplicationEntryPoint/UefiApplicationEntryPoint.inf
      PrintLib|MdePkg/Library/BasePrintLib/BasePrintLib.inf
      PcdLib|MdePkg/Library/BasePcdLibNull/BasePcdLibNull.inf
      MemoryAllocationLib|MdePkg/Library/UefiMemoryAllocationLib/UefiMemoryAllocationLib.inf
      DebugLib|MdePkg/Library/UefiDebugLibConOut/UefiDebugLibConOut.inf
      BaseMemoryLib|MdePkg/Library/BaseMemoryLib/BaseMemoryLib.inf
      BaseLib|MdePkg/Library/BaseLib/BaseLib.inf
      UefiBootServicesTableLib|MdePkg/Library/UefiBootServicesTableLib/UefiBootServicesTableLib.inf
      DevicePathLib|MdePkg/Library/UefiDevicePathLib/UefiDevicePathLib.inf
      UefiRuntimeServicesTableLib|MdePkg/Library/UefiRuntimeServicesTableLib/UefiRuntimeServicesTableLib.inf
      RegisterFilterLib|MdePkg/Library/RegisterFilterLibNull/RegisterFilterLibNull.inf
      DebugPrintErrorLevelLib|MdePkg/Library/BaseDebugPrintErrorLevelLib/BaseDebugPrintErrorLevelLib.inf
      # 解决 HiiLib 缺失问题
      HiiLib|MdeModulePkg/Library/UefiHiiLib/UefiHiiLib.inf
      UefiHiiServicesLib|MdeModulePkg/Library/UefiHiiServicesLib/UefiHiiServicesLib.inf
      # 解决 UefiShellLib 相关的其他潜在缺失
      ShellLib|ShellPkg/Library/UefiShellLib/UefiShellLib.inf
      FileHandleLib|MdePkg/Library/UefiFileHandleLib/UefiFileHandleLib.inf
      SortLib|MdeModulePkg/Library/UefiSortLib/UefiSortLib.inf
      !include StdLib/StdLib.inc
  
  [Components]
      MyPkg/Application/MyStdLibApp/MyStdLibApp.inf

• 4. 编译

  build -p edk2/MyPkg/MyPkg.dsc

附录：

为什么程序入口地址是 ShellCEntryLib？

回忆一下我们在写Linux应用程序的时候是怎么接受命令行命令和参数的？

int main(int argc, char **argv) {}

是不是跟我们上面的示例程序完全一致。也就是说使用ShellCEntryLib入口函数的目的就是为了使应用程序能够接收命令行参数，以对不同参数做不同处理。也就是说，表面上我们输入的命令行参数似乎是直接进入了我们编写的 UNIX 应用程序的 main 函数中，实际不是这样。真实情况是首先进入入口函数 ShellCEntryLib，然后在入口函数中借用 shell 相关 Protocol 接收参数并调用用户定义的 ShellAppMain 把参数传入这个函数。edk2-libc 对 ShellAppMain 又做了一层包装，在 ShellAppMain 又调用了真正是我们自己定义的 main 函数。

ShellCEntryLib 的实现非常简洁（位于 ShellPkg/Library/UefiShellCEntryLib/UefiShellCEntryLib.c）：

EFI_STATUS
EFIAPI
ShellCEntryLib (
  IN EFI_HANDLE        ImageHandle,
  IN EFI_SYSTEM_TABLE  *SystemTable
  )
{
  INTN                           ReturnFromMain;
  EFI_SHELL_PARAMETERS_PROTOCOL  *EfiShellParametersProtocol = NULL;
  EFI_SHELL_INTERFACE            *EfiShellInterface = NULL;
  EFI_STATUS                     Status;

  // 优先尝试 Shell 2.0 接口（推荐）
  Status = SystemTable->BootServices->OpenProtocol(
                ImageHandle,
                &gEfiShellParametersProtocolGuid,
                (VOID **)&EfiShellParametersProtocol,
                ImageHandle, NULL,
                EFI_OPEN_PROTOCOL_GET_PROTOCOL);

  if (!EFI_ERROR(Status)) {
    ReturnFromMain = ShellAppMain(
                       EfiShellParametersProtocol->Argc,
                       EfiShellParametersProtocol->Argv);
  } else {
    // 兼容旧版 Shell 1.0 接口
    Status = SystemTable->BootServices->OpenProtocol(
                  ImageHandle,
                  &gEfiShellInterfaceGuid,
                  (VOID **)&EfiShellInterface,
                  ImageHandle, NULL,
                  EFI_OPEN_PROTOCOL_GET_PROTOCOL);
    if (!EFI_ERROR(Status)) {
      // 重点：在这里调用用户定义的 ShellAppMain 入口函数并传入命令行参数
      ReturnFromMain = ShellAppMain(
                         EfiShellInterface->Argc,
                         EfiShellInterface->Argv);
    } else {
      ASSERT(FALSE);  // 没有 Shell 环境
    }
  }

  return ReturnFromMain;   // INTN 会被隐式转换为 EFI_STATUS
}

入口方式	函数签名	参数处理	适合场景
标准 UEFI	EFI_STATUS EFIAPI UefiMain(ImageHandle, SystemTable)	需手动 OpenProtocol 获取参数	简单应用、不依赖 Shell
ShellCEntryLib	INTN EFIAPI ShellAppMain(Argc, Argv)	自动获取	Shell 命令行工具、libc 应用
edk2-libc + main	int main(int argc, char **argv)	内部再包装	最接近 Unix C 风格

*表格由 Gemini 生成。

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