片上系统(SoC)的 UEFI 开发与创新

EFIS002

邢根柳, 资深 BIOS 工程师, 英特尔

周鹏程, 高级开发经理, 百敖软件

2

• 片上系统选用Intel® UDK2010的原因

• 基于Intel® UDK2010开发支持英特尔®

凌动™ E6xx 系列平台的固件

• 百敖 SoC BIOS开发

议程

3

• 片上系统选用Intel® UDK2010的原因

• 基于Intel® UDK2010开发支持英特尔®

凌动™ E6xx 系列平台的固件

• 百敖 SoC BIOS开发

议程

片上系统及其固件

• 什么是片上系统

– 片上系统是指一个集成了系统所有部件的芯片

– 它通常包含一个处理器内核，实现了标准总线互联，并需要软件模块支持

• 什么是片上系统的固件

– 片上系统固件是固化在只读存储器中的代码

– 当设备启动时，固件代码初始化并识别设备，它的核心功能是载入并引导操作系统

4

片上系统固件的要求

5

从开发角度看

低技术门槛

易学，易用

可配置性

满足各类产品上市时间的要求

从产品角度看

高稳定性

稳定性对工控类设备至关重要

启动性能

如车载信息娱乐设备，启动速度是关键指标之一

片上系统需要一个固件解决方案

Intel® UDK2010是开发UEFI组件（固件、驱动和应用程序）的开源开发套件

6

上网本

智能电话

笔记本

电视

嵌入式产品: 汽车电子，数字标牌, 打印机等

手持电子消费品

网络

数据中心/服务器

台式机

Intel® UDK2010适用于各类计算设备的固件开发

Intel® UDK2010

从产品角度看高稳定性

稳定性对工控类设备至关重要

性能

如车载信息娱乐设备，启动速度是关键指标之一

Intel® UDK2010的核心代码已经在服务器，台式机，笔记本等平台上得到验证

Intel® UDK2010 是片上系统的最佳选择

7

从开发角度看低技术门槛

易学，易用

可配置性

满足各类产品上市时间的要求

Intel® UDK2010 满足片上系统固件的需求

Intel® UDK2010在多个平台上实现了快速启动，具有性能优势

Intel® UDK2010，基于C语言，并可在Windows*/Linux*/Ios*下开发

Intel® UDK2010 中PCD技术的应用，可方便地进行产品配置

Intel® UDK2010: Intel UEFI Development Kit 2010SoC: System-on-Chip

片上系统固件选用Intel® UDK2010其它原因

兼容工业标准，如UEFI规范、PI规范等

一系列复杂的功能，如电源管理功能等

开源社区的参与 产业链的支持，如

IBV,ISV,OSV及IHV等

8

Intel® UDK2010 网站：http://tianocore.sourceforge.net/

Intel® UDK2010: Intel® UEFI Development Kit 2010SoC: System-on-Chip

9

• 片上系统选用Intel® UDK2010的原因

• 基于Intel® UDK2010开发支持英特尔®

凌动™ E6xx 系列平台的固件

• 百敖 SoC BIOS开发

议程

10

单核英特尔® 凌动™ 处理器• 45纳米Hi-K 工艺• 最大 512K 二级缓存• 0.6 to 1.6GHz 低功耗核心

内存控制器• 32位 DDR2 667/800• 最大 1GB• 单通道

图形引擎• 二维三维硬件加速

集成高清视频编解码

显示接口• LVDS & SDVO 接口

LPC• 8254时钟• 高精度事件定时器• 看门狗• RTC & CMOS• 14-脚通用输入输出• 8259中断控制器

SPI 接口

SMBUS1.0

英特尔® 高清晰度音频

4x1 PCI Express* 端口

CPU 南桥

英特尔® 凌动™处理器E6xx系列架构

Low power core

L2 Cache

LVDS (Display)

2D/3DGraphics

DDR2 Controller

SDVO (Display)

LPC Watchdog timer

8254 Timer

SPI

8259 APIC

Intel HD Audio

PCIe x1 (4)

Intel® Atom™ ProcessorE6xx Series

SMBus

RTC & Sus.

GPIO (14)

Video Encode

Video Decode

英特尔® 凌动™处理器E6xx 系列集成了CPU， 北桥 和 南桥

PCIe: PCI Express* Technology

北桥

基于英特尔® 凌动™处理器E6xx系列构建完整系统

11

Low power core

L2 Cache

LVDS (Display)

2D/3DGraphics

DDR2 Controller

SDVO (Display)

LPC Watchdog timer

8254 Timer

SPI

8259 APIC

Intel® HD Audio

PCIe x1 (4)

Intel® Atom™ ProcessorE6xx Series

SMBus

RTC & Sus.

GPIO (14)

Video Encode

Video Decode

Mini PCIeConnector

PCIe Slot PCIe SlotPCIe Slot

SPI Flash

SIO(PS2 & UART)

14 GPIO

DDR 2 Memory

LVDS

SDVO Converter VGA/DVI/HDMI

Codec

PCIe: PCI Express* Technology

12

基于英特尔® 凌动™处理器E6xx系列和英特尔® PCH EG20T的CRB结构框图

13

1 SPI

4 UART

1 I2C

8 GPIO

1 CAN

2 SATAII

6 USB Host

4 SDIO/MMC

1 USB client

1 Giga Ethernet

SPI Flash

SIO(PS2 & UART)

14 GPIO

DDR 2 Memory

LVDS

SDVO Converter VGA/DVI/HDMI

Codec

3 PCIe x 1 Slots

基于英特尔® 凌动™处理器E6xx系列的通用嵌入式平台

PCH:Platform Controller HubCRB: Customer Reference Board

CRB的固件需求

• 支持英特尔® 凌动™E6xx系列处理器的所有型号

• 支持更新SPI闪存上的固件文件

• 支持从PCI/PCIe设备上加载EFI Option Rom

• 支持ACPI 3.0标准

• 支持从SPI、USB、SATA、 SD、PXE、 CD/DVD等设备上引导

• 支持引导至Windows* CE 6.0、MeeGo* 1.1 及 Fedora* 13

• 支持扩展到其它系统中

• 支持配置功能

• 支持在2秒内快速引导到操作系统引导程序

• 支持在1秒内点亮屏幕并显示厂商标志

14

使用Intel® UDK2010 来实现这些目标

CRB: Customer Reference Board; PCIe: PCI Express* Technology; Intel® UDK2010: Intel® UEFI Development Kit 2010

片上系统高级功能的开发

15

可配置

通过PCD定制平台参数

可扩展

固件可扩展到各类基于英特尔® 凌动™E6xx系列处理器的平台上

启动性能

如何使基于英特尔® 凌动™E6xx系列处理器的平台快速启动

点亮屏幕

如何尽快点亮屏幕并显示内容

针对片上系统特点，组织固件的闪存布局

• FD (Flash Device image)文件的每个部分可以定制

• PCH 相关的驱动集中存放到PCH FV

• 其它FV中的驱动程序不依赖与PCH FV中的驱动程序

16

DXE FV

PEI FV

NvStorage FV

PCH FV(optional)

方便地扩展到各种英特尔凌动E6xx系列处理器的系统

FV: firmrware volume

片上系统高级功能的开发

17

可配置

通过PCD定制平台参数

可扩展

固件可扩展到各类基于英特尔® 凌动™E6xx系列处理器的平台上

启动性能

如何使基于英特尔® 凌动™E6xx系列处理器的平台快速启动

点亮屏幕

如何尽快点亮屏幕并显示内容

可配置性- PCD 介绍

• 平台配置数据库（PCD）是Intel ® UDK2010的新特性

• 平台级PCD文件定义了针对特定平台的参数

• 可用PCD存储平台信息

– 关键产品数据 (VPD)– 配置选项

– 序列号

– …

18

使用PCD可将平台配置选项集中在一起

Intel® UDK2010: Intel UEFI Development Kit 2010

19

CRB的PCD实现

内置显示设备的预分配内存

内部设备的开与关

PCI Express* 根端口配置

处理器电源管理

SMBIOS 配置

BDS 相关配置，含引导顺序

ACPI PCI 路由

ACPI MADT 处理器功能开关

其它

• 设计并启用了超过400个PCD

可通过配置PCD使固件工作在类似平台上

• 这些PCD的设置可以在源代码里或最终的二进制格式中进行修改

片上系统高级功能的开发

20

可配置

通过PCD定制平台参数

可扩展

固件可扩展到各类基于英特尔® 凌动™E6xx系列处理器的平台上

启动性能

如何使基于英特尔® 凌动™E6xx系列处理器的平台快速启动

点亮屏幕

如何尽快点亮屏幕并显示内容

片上系统的启动性能优化

优化启动性能的几点经验

• 尽量少地在没有缓存的情况下访问代码或者数据

• 高效地组织闪存格局，尽量少地访问闪存

• 固定部分参数 (如，焊在板子上的内存)

• 减少交互界面

• 只连接必要设备

• 与OSV合作，减少固件与操作系统间重复的初始化工作

21

若需了解性能优化的细节，请查阅白皮书:http://edc.intel.com/Link.aspx?id=4603

SoC: System-on-Chip

UI: User InterfaceOSV: Operation System

片上系统高级功能的开发

22

可配置

通过PCD定制平台参数

可扩展

固件可扩展到各类基于英特尔® 凌动™E6xx系列处理器的平台上

启动性能

如何使基于英特尔® 凌动™E6xx系列处理器的平台快速启动

点亮屏幕

如何尽快点亮屏幕并显示内容

快速点亮屏幕

23

• 调整引导过程以尽快点亮屏幕并显示内容

• 通过移动部分驱动程序到另一个FV中来达到此目的

时间对比正常启动 提早点亮屏幕

时间1 1200 ms 980 ms

1 这里时间是指从上电到显示商标的时间

24

• 片上系统选用Intel® UDK2010的原因

• 基于Intel® UDK2010开发支持英特尔®

凌动™ E6xx 系列平台的固件

• 百敖 SoC BIOS开发

议程

百敖 SoC BIOS开发

• 提供基于英特尔架构的SoC BIOS整体解决方案是百敖的重要业务领域。

• Intel® UDK2010的优点将促进SoC的发展

– 功能模块在不同平台上能得以重用

– Intel® UDK2010开发了新的功能

IPv6网络功能

安全模块

库实例

平台配置数据库(PCD)

25 Intel® UDK2010: Intel® UEFI Development Kit 2010

Intel® UDK2010能加快SoC BIOS的开发

百敖 SoC BIOS开发

• 面对不同的市场需求,百敖有相应的解决方案

26

身份验证功能错误信息上报及系统

恢复功能快速启动功能

基于英特尔® UDK2010的英特尔® 凌动™ 处理器 E6xx 系列

Intel® UDK2010: Intel® UEFI Development Kit 2010

百敖身份识别功能

• 百敖身份识别功能能防止客户设计被剽窃

27

身份识别功能

加密客户信息，并生成授权密匙

识别授权密匙

通过对未授权产品的自动加锁以停止侵权

百敖身份验证功能

28

通过加密模块，加密授权信息并生成授权密匙

将授权密匙存入闪存

初始阶段的工作流程

分配授权信息

百敖身份验证功能

检查硬件及BIOS相关状态

29

通过解密模块检查授权密匙的状态

如果通过验证，则正常进入系统

执行阶段的工作流程

如果没有通过验证，则锁住计算机并通知客户

百敖身份认证解决方案

• 授权信息校验模块——基于标准UEFI预启动认证框架的定制化凭证驱动，满足平台认证与鉴别要求

• 基于UEFI密钥管理服务协议，提供弹性的密钥部署机制

30

Platform related

Modules

FoundationD

rivers

Encryption &

Decryption M

odules

License Check

Modules

Silicon Modules

Intel® UDK2010 Foundation

Hardware

OS

充分利用Intel® UDK 2010安全基础架构

Intel® UDK2010: Intel UEFI Development Kit 2010

百敖错误信息上报及系统恢复功能

• 百敖面向工业控制系统的错误信息上报及系统恢复功能

31

通过网络上报计算机错误信息

当计算机异常时，恢复系统

保持系统的稳定性

错误信息上报及系统恢复功能

百敖错误信息上报及恢复系统功能

通过BIOS启动到OS

32

监控计算机状态 计算机出现异常 记录错误信息并恢复系统 上报错误信息到服务器

当异常状况发生时的工作流程

恢复计算机到正常状态

Error Report & Recovery Solution

• 错误信息传送模块 — 利用Intel® UDK 2010 IPv4/IPv6 协议栈进行错误信息的远程传递

• 错误信息报告模块 — Intel®UDK 2010 IPsec安全协议能够确保错误报告信息的传输安全

• 使用UEFI Runtime Service，实现操作系统与固件环境的信息共享

33

FoundationD

rivers

Status Check

Modules

Error Info TransferM

odules

Silicon Modules

Intel® UDK 2010 Foundation

Hardware

基于Intel® UDK 2010基础网络组件，实现固件高级特性开发

Error Report

Modules

IPSecM

odules

IP V4/V6M

odules

Run Time Service

Monitor Module

Intel® UDK2010: Intel UEFI Development Kit 2010

OS

百敖快速启动功能

• 百敖快速启动功能主要是面向对启动速度有严格要求的客户

34

只初始化必要的设备

确保缓存打开，提高代码执行效率

根据设备用途，通过固定模式启动

百敖快速启动功能

百敖快速启动功能

• Intel® UDK2010的模块化使代码的执行效率得到进一步的优化

• Intel® UDK2010支持在同一个FV映像中整合多个相关驱动，从而减少解压时间

• Intel® UDK2010支持保存并重用配置数据，减少硬件枚举和参数适配的时间

• 百敖通过提供可定制的BIOS方案以满足不同客户的需求

35

Intel® UDK2010架构更适合性能的提升

Intel® UDK2010: Intel UEFI Development Kit 2010

百敖快速启动功能

• 正常启动与快速启动的性能比较

36

Boot Phase Normal Boot Performance

Fast Boot Performance

SEC 12 ms 16 msPEI 1592 ms 516 msDXE 594 ms 207 msBDS 13594 ms 1623 msTotal Time 15792 ms 2362 ms

现场演示

总结

• Intel® UDK2010非常适合SoC BIOS的开发

• 在SoC领域，百敖基于Intel® UDK2010提出了很多BIOS功能创新

• 在SoC领域，百敖将继续致力于提供更优质的BIOS产品

37Intel® UDK2010: Intel UEFI Development Kit 2010

关于UEFI的更多信息:

• 其他有关UEFI的课程–下一页• 参考链接:

– 相关规范的下载网址 www.uefi.org, www.intel.com/technology/efi

– EDK II 开放源码实现: www.tianocore.org

• Intel出版社的技术书籍: “Beyond BIOS: Implementing the Unified Extensible Firmware Interface with Intel’s Framework” www.intel.com/intelpress

38

课程编号 课程标题 日期/时间 教室

EFIS001 微软* Windows*平台演进与UEFI规范

周二

11:10306A

EFIS002 片上系统（SoC）的 UEFI 开发与创新

周二

14:05306A

EFIS003 UEFI 和透明计算技术周二

15:10306A

EFIS004 英特尔® UEFI 开发套件 2010 和英特尔® Boot Loader 开发套件： 高级嵌入式开发基础

周二

16:10306A

SPCQ001热点问题问答:英特尔® Boot Loader 开发套件（英特尔® BLDK）

周二

17:00306A

EFIS005 当前 UEFI 和英特尔® UEFI 开发套件 2010（英特尔® UDK2010）在安全性和网络连接方面的进展

周三

11:10306A

39

=完毕

EFI 专题讲座课程

Legal Disclaimer• INFORMATION IN THIS DOCUMENT IS PROVIDED IN CONNECTION WITH INTEL® PRODUCTS. NO LICENSE,

EXPRESS OR IMPLIED, BY ESTOPPEL OR OTHERWISE, TO ANY INTELLECTUAL PROPETY RIGHTS IS GRANTED BY THIS DOCUMENT. EXCEPT AS PROVIDED IN INTEL’S TERMS AND CONDITIONS OF SALE FOR SUCH PRODUCTS, INTEL ASSUMES NO LIABILITY WHATSOEVER, AND INTEL DISCLAIMS ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTY, RELATING TO SALE AND/OR USE OF INTEL® PRODUCTS INCLUDING LIABILITY OR WARRANTIES RELATING TO FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE, MERCHANTABILITY, OR INFRINGEMENT OF ANY PATENT, COPYRIGHT OR OTHER INTELLECTUAL PROPERTY RIGHT.

• Intel may make changes to specifications and product descriptions at any time, without notice.• All products, dates, and figures specified are preliminary based on current expectations, and are subject to

change without notice.• Intel, processors, chipsets, and desktop boards may contain design defects or errors known as errata, which

may cause the product to deviate from published specifications. Current characterized errata are available on request.

• Tunnel Creek and other code names featured are used internally within Intel to identify products that are in development and not yet publicly announced for release. Customers, licensees and other third parties are not authorized by Intel to use code names in advertising, promotion or marketing of any product or services and any such use of Intel's internal code names is at the sole risk of the user

• Software and workloads used in performance tests may have been optimized for performance only on Intel microprocessors. Performance tests, such as SYSmark* and MobileMark*, are measured using specific computer systems, components, software, operations and functions. Any change to any of those factors may cause the results to vary. You should consult other information and performance tests to assist you in fully evaluating your contemplated purchases, including the performance of that product when combined with other products.

• Intel, Atom, Atom inside, Sponsors of Tomorrow. and the Intel logo are trademarks of Intel Corporation in the United States and other countries.

• *Other names and brands may be claimed as the property of others.• Copyright ©2011 Intel Corporation.

40

Risk Factors

41

The above statements and any others in this document that refer to plans and expectations for the first quarter, the year and the future are forward-looking statements that involve a number of risks and uncertainties. Many factors could affect Intel’s actualresults, and variances from Intel’s current expectations regarding such factors could cause actual results to differ materially from those expressed in these forward-looking statements. Intel presently considers the following to be the important factors that could cause actual results to differ materially from the corporation’s expectations. Demand could be different from Intel's expectations due to factors including changes in business and economic conditions; customer acceptance of Intel’s and competitors’ products; changes in customer order patterns including order cancellations; and changes in the level of inventory at customers. Intel operates in intensely competitive industries that are characterized by a high percentage of costs that are fixed or difficult to reduce in the short term and product demand that is highly variable and difficult to forecast. Revenue and the gross margin percentage are affected by the timing of Intel product introductions and the demand for and market acceptance of Intel's products; actions taken by Intel'scompetitors, including product offerings and introductions, marketing programs and pricing pressures and Intel’s response to such actions; and Intel’s ability to respond quickly to technological developments and to incorporate new features into its products. The gross margin percentage could vary significantly from expectations based on capacity utilization; variations in inventory valuation, including variations related to the timing of qualifying products for sale; changes in revenue levels; product mix and pricing; the timing and execution of the manufacturing ramp and associated costs; start-up costs; excess or obsolete inventory; changes in unit costs; defects or disruptions in the supply of materials or resources; product manufacturing quality/yields; and impairments of long-lived assets, including manufacturing, assembly/test and intangible assets. Expenses, particularly certain marketing and compensation expenses, as well as restructuring and asset impairment charges, vary depending on the level of demand for Intel's products and the level of revenue and profits. The majority of Intel’s non-marketable equity investment portfolio balance is concentrated in companies in the flash memory market segment, and declines in this market segment or changes in management’s plans with respect to Intel’s investments in this market segment could result in significant impairment charges, impacting restructuring charges as well as gains/losses on equity investments and interest and other. Intel's results could be impacted byadverse economic, social, political and physical/infrastructure conditions in countries where Intel, its customers or its suppliers operate, including military conflict and other security risks, natural disasters, infrastructure disruptions, health concerns and fluctuations in currency exchange rates. Intel’s results could be affected by the timing of closing of acquisitions and divestitures. Intel's results could be affected by adverse effects associated with product defects and errata (deviations from published specifications), and by litigation or regulatory matters involving intellectual property, stockholder, consumer, antitrust and other issues, such as the litigation and regulatory matters described in Intel's SEC reports. An unfavorable ruling could include monetary damages or an injunction prohibiting us from manufacturing or selling one or more products, precluding particular business practices, impacting Intel’s ability to design its products, or requiring other remedies such as compulsory licensing of intellectual property. A detailed discussion of these and other factors that could affect Intel’s results is included in Intel’s SEC filings, including the report on Form 10-Q for the quarter ended September 25, 2010.

Rev. 1/13/11