BIOS Verb Table

BIOS Verb-Table

在 BIOS 中，經常要對 HDMI Codec 填寫 Verb-Table，Verb 其實指的是對 Codec 下的命令，而 Verb-Table 指的是對 Codec 下的一連串命令 (通常是寫入到 Configuration Default Register)。這些命令通常是因為每一個主機板的 Pin Widget 設計上的不同，也造成了 Verb-Table 必須填寫不同的內容。

例如: Pin Widget 的 Configuration Default Register 為 0x01014110 代表著
Port Connectivity: The Port Complex is connected to a jack
Location: External on Primary Chassis, Rear
Default Device: Line Out
Connection Type: 1/8" stereo/mono
Color: Green
Misc: Jack detect override
Default Association: Group 1
Sequence: Sequence 0

Codec: 一個 HD Audio Link 可以連接多個 Codec, 而 Codec 又可以連接多個 Converter (下圖中的 C)。Converter 負責轉換 Analog signal 與 Digital stream，同類型的 Converter 會連接至同一個 Codec。而所有的 Codec 都會透過 HD Audio Link 來和 HD Audio Controller 溝通。

下圖為 HD Audio 的架構 (圖片來源: HD Audio Spec 1.0)

Codec Architecture: 
HDMI Codec 的架構為一個 Tree，其最上層為 Root Node，而其下又分成各種不同的 Function Group，在 Function Group 之下又各自有不同的 Widget。
Function Group: 特定應用模組的集合，例如 Audio Function Group, Modem Function Group 等等
Widget: 為 Function Group 中的特定應用模組，例如 Pin Widget, Mixer Widget, Power Widget
Node: 在 Tree 中的每個節點稱之為 Node，例如 Root Node, Function Group Node, Widget Node。
NID: 每一個 Node 有一個唯一的 ID，稱之為 NID (Node ID)，其中 Root Node 的 ID 為 0。
Verb: 向 Codec 下的命令稱之為 Verb
下圖為 Codec 的架構 (圖片來源: HD Audio Spec 1.0)

下圖為樹狀架構的圖例 (圖片來源: HD Audio Spec 1.0)

Pin Widget:
Pin Widget 主要為聲音提供外部數位或類比的連接。Pin Widget 主要可以設定下列的參數:
1. Input, Output or Both
2. Stereo or mono (1- or 2- channel)
3. Plug (Presence) detection
4. Attached device impedance sensing
5. VRef bias for microphone support
(有關 Pin Widget 的詳細資訊可參考 7.2.3.3 Pin Widget 的內容)
下圖為 Pin Widget (圖片來源: HD Audio Spec 1.0)

Configuration Default Register:
每個 Pin Widget 都必須包含一個 Configuration Default Register，其內容定義如下
(完整的 Configuration Default Register 可以參考 7.3.3.31 Configuration Default 的內容)

Port Connectivity[1:0]

indicates the external connectivity of the Pin Complex. Software can use this value to know what Pin Complexes are connected to jacks, internal devices, or not connected at all.

Location[5:0]

indicates the physical location of the jack or device to which the pin complex is connected. This allows software to indicate, for instance, that the device is the “Front Panel Headphone Jack” as opposed to rear panel connections.　

Default Device[3:0]

indicates the intended use of the jack or device. This can indicate either the label on the jack or the device that is hardwired to the port, as with integrated speakers and the like.

Connection Type[3:0]

indicates the type of physical connection, such as a 1/8-inch stereo jack or an optical digital connector, etc. Software can use this information to provide helpful user interface descriptions to the user or to modify reported codec capabilities based on the capabilities of the physical transport external to the codec.

Color[3:0]

indicates the color of the physical jack for use by software.

Misc[3:0]

is a bit field used to indicate other information about the jack. Currently, only bit 0 is defined. If bit 0 is set, it indicates that the jack has no presence detect capability, so even if a Pin Complex indicates that the codec hardware supports the presence detect functionality on the jack, the external circuitry is not capable of supporting the functionality.

資料來源: http://www.wretch.cc/blog/hyper0672/9928582

UEFI - Unified Extensible Firmware Interface

凡依照UEFI論壇規範，使用C語言寫作的BIOS即為UEFI BIOS

EFI Shell常用指令

傳統MBR格式的磁碟分割，是透過32位元來描述磁碟的起始點和大小，最高只支援2.2TB的磁碟容量（512bytes x 2 ^ 32磁區）和4個主要分割區。

而UEFI支援的GPT磁碟分割，使用64位元數值來描述分割區，最高支援1680萬TB的磁碟大小及100個主要分割區。512Bytes x 2^64 = 2^3 x 2^70

傳統BIOS開機流程

1. 初始化：

當電腦打開，CPU會自行重置為初始狀態，準備運作。BIOS boot block（基本輸出輸入系統開機區塊）初始化階段啟動，因為此時系統記憶體中是空的，沒有內容可以執行，所以廠商讓CPU去尋找系統BIOS ROM中的reset vector（重置向量）：用一個固定的位置來啟動所謂的BIOS boot program開機程式。

一般來說程式會在記憶體的FFFF0h位址，也就是在UMA（上層記憶區域）靠結尾的地方。為避免ROM大小改變造成相容性的問題，所以一般會選擇放這裡。它的內容只有一個jump指令，進一步跳到真正的BIOS啟動程序。當然了，各家IBV （independent BIOS vender；獨立BIOS供應商）可以把程式放在不同的位置，只要透過jump來指定就可以了。

在這段期間，系統的CPU、晶片組、Super I/O和USB只有部分初始化，僅獲取足夠資料來應付萬一BIOS開機失敗，可以利用軟碟（由Super I/O控管）甚至是光碟（由晶片組的IDE/SATA）等儲存媒體來救援BIOS的boot block。

2. POST（Power On Self Test；開機自我檢測）：

然後BIOS開始施行Power-On Self Test（POST；開機自我檢測），在過程中檢查電腦各項組件及其設定，像是：中央處理器、主記憶體、鍵盤、滑鼠等等狀態。接著便尋找被內建在BIOS內部的顯示卡程序並執行。

它通常被放在記憶體C0000h的位置，作用是顯示卡的初始化，而大部分的顯示卡都會在顯示器上顯示其相關訊息。這就是為何各位在開機的時候，首先會在顯示器的畫面左上角出現有關顯示卡訊息的原因。

再下來就是讓BIOS尋找其他裝置的ROM（唯讀記憶體），看看這些設備中哪些還有個別的BIOS。如果這時有找到任何其它裝置的BIOS，它們也會被執行。

下一步BIOS會顯示啟動畫面，並開始更深入的檢測，包含我們平常可以在螢幕上看到的記憶體容量檢測。如果這時候遇到任何錯誤，就會在畫面上顯示錯誤訊息。

3. 記錄電腦系統的設定值：

到這裡還沒有結束，再來BIOS會根據自己的「系統資源表」，來對系統進行進一步的確認，看看你的電腦究竟安裝了那些系統資源或設備。有些電腦會逐步顯示這些被偵測到的設備。例如BIOS支援隨插即用，那它將會偵測和配置隨插即用裝置，並顯示由BIOS偵測到的隨插即用設備。

在這些檢測結束後，BIOS會打出一個偵測總結表於畫面上。而這個總結表在部分IBV的設定中是可以讓使用者開啟或關閉的。當然也有些IBV為加速開機把這一步直接隱藏省略。

Tips:BIOS boot block

在快閃唯讀記憶體內，通常會分成兩個區塊，一個區塊存放一般的BIOS程式碼，即所謂的code block（程式碼區塊）；另一個區塊則是存放用來開機（或急救）的程式碼，就是所謂的boot block（開機區塊）。當電源打開時，主機板會先從boot block執行，它會立即檢查code block 的程式碼是否正確，如果正確，就會轉到code block 繼續執行下去。而所謂的BIOS recovery（BIOS回復）就是利用boot block回寫動作來進行BIOS更新失敗時的救援。

4. 提供常駐程式：

提供作業系統或應用程式呼叫的中斷向量，如INT 10h（VGA圖形及文字輸出中斷）等。

5. 載入作業系統：

到這裡是系統檢測的部分，接下來BIOS便開始尋找開機裝置，使用者可以透過在BIOS的設定來決定搜尋順序，目前常見的開機設備至少包含FDD、HDD以及光碟機和USB開機裝置等多項。

找到開機裝置後，BIOS將會搜尋開機訊息以進行作業系統的開機過程。如果是找到了一個灌好OS的硬碟，它將會尋找位在硬碟第0面，第0軌，第1磁區裡的Master Boot Record（主要開機磁區）。如果它找到的是FDD，也會讀取軟碟的第1磁區。再把讀取到的資料放在記憶體7C00h的位置，跳到那裡並且執行它。自此才開始進入OS啟動階段。

UEFI BIOS系統的開機流程

1. SEC階段：

SEC（安全性）階段其主要的特色為「cache as RAM」，即處理器的快取當成記憶體。由於C語言需要使用堆疊，在這個階段的系統記憶體尚未被初始化，在沒有記憶體可用的情況下，便把處理器的快取當成記憶體來使用，在主記憶體被初始化之前來進行預先驗證CPU／晶片組及主機板。

因為這時侯沒有快取，會導致處理器的效能變得較差，所以在記憶體初始化完畢之前，SEC和PEI階段的程式碼越簡短，越能減少這個副作用。

2. PEI階段：

和傳統BIOS的初始化階段類似，PEI（EFI前初始化）階段是用以喚醒CPU及記憶體初始化。這時候只起始了一小部分的記憶體。同時，晶片組和主機板也開始初始化。接下來的服務程式會確定CPU晶片組被正確的初始化，在此時，EFI驅動程式派送器將載入EFI驅動程式記憶體，進入了起始所有記憶體的DXE階段（驅動程式執行環境）。

3. DXE階段：

DXE的主要功能在於溝通EFI驅動程式及硬體。也就是說此階段所有的記憶體、CPU（在此是指實體兩個或以上的非核心數目，也就是雙CPU插槽處理器甚至是四CPU插槽處理器）、PCI、USB、SATA和Shell都會被初始化。

4. BDS階段：

在BDS（開機設備選擇）這個階段，使用者就可以自開機管理者程式頁面，選擇要從哪個偵測到的開機設備來啟動。

5. TSL階段：

然後進入TSL（短暫系統載入）階段，由作業系統接手開機。除此之外，也可以在BDS階段選擇UEFI Shell，讓系統進入簡單的命令列，進行基本診斷和維護。

傳統BIOS哪裡不好？

1. 過時的16位元模式

在x86系列CPU進入32位元的時代，為了相容性考量，當時最新的80386 CPU保留了16位元的執行方式，即真實模式（real mode）。在後來多次的CPU改朝換代中都保留了這種執行方式，甚至在含有EM64T的Xeon系列CPU中，供電到CPU啟動時仍然會切換到16位元的真實模式下執行。

也就是說，雖然各大BIOS廠商為了配合潮流演進，將許多新功能新元素添加到產品中，但BIOS在本質上沒有任何改變。迫使Intel在開發更新的CPU時，都必須加進會使效能大大降低的相容模式。

2. 只有1MB定址空間

各位讀者如果有注意傳統BIOS開機，在POST完畢後螢幕上打出的系統摘要表，會發現記憶體欄位標示著「Base Memory=640KB」。加上前一篇提到的384KB UMA（這裡的記憶體不會列入Base Memory），就是所謂1MB可定址記憶體空間。

會造成這項限制，主要還是真實模式的副作用。16位元的CPU，其定址能力為20條定址線所能處理的2^20位元組（Bytes），也就是1024千位元組（KB）。換句話說，在進入OS之前的開機階段，即使安裝了高達4GB的記憶體，絕大部分都無法使用。

2^20 Byte = 2^10 x 2^10 = 1 MB

IBM推出的第一台PC机采用的CPU是8088晶元，它只有20根地址线，也就是说，它的地址空间是1MB。 PC机的设计师将1MB中的低端640KB用作RAM，供DOS及应用程式使用，高端的384KB则保留给ROM、视频适配卡等系统使用。从此，这个界限便被确定了下来并且沿用至今。低端的640KB就被称为常规记忆体即PC机的基本RAM区。

在1985年初，Lotus、Intel和Microsoft三家共同定义了LIM－EMS(Expanded Memory Spec，即扩充记忆体规范，通常称EMS为扩充记忆体。

我们把1MB以上的地址空间称为扩展记忆体XMS（eXtend memory） 在386以上档次的微机中，有两种存储器工作方式，一种称为实地址方式或实方式，另一种称为保护方式。在实方式下，物理地址仍使用20位，所以最大定址空间为1MB，以便与8086相容。保护方式采用32位物理地址，定址范围可达4GB。 OS系统在实方式下工作，它管理的记忆体空间仍为1MB，因此它不能直接使用扩展存储器。为此，Lotus、Intel、AST及Microsoft公司建立了MS－DOS下扩展记忆体的使用标准，即扩展记忆体规范XMS。我们常在Config.sys文件中看到的Himem.sys就是管理扩展记忆体的驱动程式。

1MB以上空间的第一个64KB。我们把它称为高端记忆体区HMA（High Memory Area）。HMA的物理存储器是由扩展存储器取得的。因此要使用HMA，必须要有物理的扩展存储器存在。

UMB（Upper Memory Blocks）称为上位记忆体或上位记忆体块。它是由挤占保留记忆体中剩馀未用的空间而产生的，它的物理存储器仍然取自物理的扩展存储器，它的管理驱动程式是EMS驱动程式。

3. 組合語言難維護

假設某天你買了一張高階工作站主機板，再裝上一張SCSI或SAS的磁碟陣列卡，竟然發現安裝後你的主機板開機開不下去，然後顯示「Not enough space to copy PCI option ROM」或「Option ROM memory space exhausted」警告字串。然後本來你那雀躍快樂的心情消失了，取而代之的是「歸LP火」熊熊燃燒著。

當你打電話給陣列卡商，電話那頭的死公務員聲音說著：「你要不要問問主機板廠有沒有新的BIOS？」。 好不容易找上主機板廠商客服問：「你們有沒有辦法解決？」然後，你和主機板BIOS工程師之間的攻防就此展開。

對板卡廠的BIOS工程師而言，除非剛好有下單下很大的客戶遇到類似相關問題，否則很有可能就是不了了之。你只好趁購買七天內退掉那張陣列卡，不然就是再找一張可以正常搭配的主機板。

由於傳統BIOS是用組合語言編寫的，而軟體界早就已經是C/C++高階語言甚至是.NET滿天飛，為了相對難找的人才（組合語言高手相對少，要BIOS真正寫得好的更是少數）來減緩新產品上市的速度，不管是消費者或廠商都無法接受。

此時UEFI BIOS標準化和模組化的特徵，便可加速產品推出和減少debug的時間。另外C語言寫的UEFI BIOS體積也會變大，連帶使儲存BIOS的EEPROM需要擴增。

別忘了，這也是Intel的勢力範圍，如果EFI BIOS推廣成功，板卡廠就得多採購一顆晶片。

4. 十年不變的程式碼

上述三大問題是以開發廠商的角度來觀察。其他隱而不現的部分，則包含了功能的侷限性和對使用者不夠友善的操作介面。對照現今的視窗介面作業系統，傳統BIOS以文字介面為主且充滿著火星文，加上除了單純的開機，作為仲介硬體初始化和作業系統的功能外實在陽春的可憐。

在開發Itanium CPU之際，業界大魔王Intel實在不想再受制於這些顧慮。試想，既然這是一個新生的CPU架構，那系統韌體和作業系統之間的介面就順便一起重新定義。

並且這一次，Intel為了讓以後各種新的規格和技術可以快速導入，嚴格定義這個傳統BIOS接班人必須具有擴展彈性，而且採取標準化的韌體介面規範，以避免發生傳統BIOS的IBV程式碼更新太被動的問題。

UEFI BIOS哪裡好？

1. 定址空間更彈性

UEFI BIOS利用載入EFI driver的形式，來進行硬體的辨識／控制及系統資源掌控。

傳統BIOS是以真實模式中斷向量的方式增加硬體功能。它要將一段類似於驅動程式的16位元代碼，放置在記憶體0x000C0000至0x000DFFFF之間。這段記憶體空間有限（128KB），因此，當必須放置的option ROM超過128KB時，傳統BIOS便無能為力。

DFFFF-C0000=1FFFF=2 x 2^16=2^7 x 2^10=128KB

很多時候傳統BIOS的工程師為了解決這類問題，像剛剛提到的介面卡BIOS容量過大，便要想辦法利用可能的排列組合硬擠出空間來放驅動代碼。而重組過程有時不小心造成一些副作用，例如才剛解決的bug，重組後又再發生！也就是說，UEFI BIOS可以更有系統的分配儲存空間，避免使用強制定址。

2. 什麼系統都能用

另外，傳統BIOS的硬體服務程式都是以16位元代碼的形式存在，在增強模式下執行的作業系統想存取這些服務會有困難。因此BIOS提供的服務在現實中只能提供給MS-DOS之類的系統用。

相對的，UEFI系統下的驅動並不是可以直接在CPU執行的代碼，而是用EBC（EFI Byte Code）這種專用於EFI driver的虛擬機器指令，該指令必須在UEFI的DXE階段被解壓縮後翻譯執行。

如此便有更佳的向下相容性，因為EFI driver是彈性的驅動程式模組架構，可不斷的擴充驅動程式及介面，不用重新編寫，所以就無需考慮因系統升級所衍生的相容性因素。

3. 開發維護更容易

加上EFI driver開發簡單，所有的PC零組件廠商都可以參與，就像現代作業系統的開發模式，這樣的模式曾使Windows系統短短幾年就變得無比強大。有了EFI driver，也可以讓顯示卡在開機階段就載入某種程度的功能，進而可以把傳統文字介面為主的BIOS轉成圖形介面。

4. 精簡系統用途大

最後還有EFI Shell，這是個精簡的作業系統，可以讓使用者進行BIOS的更新、系統診斷、安裝特定軟體。有了UEFI BIOS甚至可以播放CD和DVD而不需完全載入OS，EFI driver可以被載入或卸載，連TCP/IP核心程式都可以使用。基於EFI的driver model可使UEFI系統接觸到所有的硬體功能，在進入作業系統之前瀏覽網站不再是天方夜譚，甚至實作起來也非常簡單。總之，對使用者而言，多了一個方便的環境以及華麗的圖形介面，是最明顯的好處。

UEFI由以下幾個部分所組成：

1．Pre-EFI初始化模組
2．EFI驅動執行環境(DXE)
3．EFI驅動程式
4．兼容性支援模組(CSM)
5．EFI高層應用 
6．GUID磁碟分割表(GPT)

解決MBR分割所帶來的2TB限制問題。理論上可支援高達9.4ZB的磁碟分割區

資料來源: http://www.techbang.com/posts/4356

ftp://ftp.isu.edu.tw/Windows/Chinese/txt/hard/mem.txt

http://www.ithome.com.tw/itadm/article.php?c=65935&s=2