第1章 UEFI启动流程（Boot Flow）

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1.1 原学习内容

UEFI 启动流程描述的是一台机器从上电到进入操作系统的完整生命周期。

核心主线：

Power On
 ↓
SEC
 ↓
PEI
 ↓
HOB
 ↓
DXE
 ↓
BDS
 ↓
TSL
 ↓
RT
 ↓
OS

后续所有知识点，例如 HOB、Protocol、Handle、Driver Binding、Variable、Boot Option，本质上都依附在这条启动链上。

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1.2 学习目标

本章要解决几个问题：

• 机器上电后最先执行什么代码？
• 内存什么时候可用？
• UEFI 驱动什么时候加载？
• Windows Boot Manager 是谁启动的？
• ExitBootServices() 为什么是 UEFI 与 OS 的分界点？

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1.3 启动流程总览

SEC 阶段

SEC 是 Security Phase，主要任务是建立最小执行环境。

核心职责：

建立最基础 CPU 运行环境
建立临时内存，例如 Cache As RAM
验证或定位下一阶段 PEI 入口

特点：

代码少
执行时间短
功能最基础

可以理解为：

SEC = 把 CPU 叫醒，让 CPU 有能力继续往下跑

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PEI 阶段

PEI 是 Pre-EFI Initialization，主要负责早期平台初始化。

核心职责：

CPU 初始化
芯片组初始化
DRAM 初始化
发现 Firmware Volume
创建 HOB
加载 DXE Foundation

可以理解为：

PEI = 把机器点亮，把最重要的硬件资源准备出来

PEI 最重要的成果是：

DRAM 可用
资源信息明确
HOB List 创建完成
DXE 可以启动

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HOB 阶段

HOB 是 PEI 和 DXE 之间的交接机制。

PEI 阶段初始化出的信息，例如内存区域、FV 位置、CPU 信息、资源描述等，需要传递给 DXE。

因此 PEI 会创建 HOB List，DXE Core 启动后解析 HOB List。

一句话：

HOB = PEI 写给 DXE 的交接单

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DXE 阶段

DXE 是 Driver Execution Environment，是 UEFI Framework 最核心的阶段。

核心职责：

加载 DXE Driver
建立 Handle Database
建立 Protocol 生态
枚举 PCI / USB / SATA / NVMe 等设备
执行 Driver Binding
提供 Boot Services

可以理解为：

DXE = 建设完整的 UEFI 驱动运行环境

这一阶段会让存储、文件系统、显卡、USB、网络等设备逐渐可用。

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BDS 阶段

BDS 是 Boot Device Selection，启动设备选择阶段。

核心职责：

读取 BootOrder
读取 Boot####
解析 Device Path
选择启动设备
调用 LoadImage()
调用 StartImage()
启动 OS Loader

可以理解为：

BDS = 根据启动项决定启动谁

例如：

Windows Boot Manager
Linux GRUB
UEFI Shell
自定义 EFI Application

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TSL 阶段

TSL 是 Transient System Load，主要指操作系统加载器运行的阶段。

例如 Windows 环境下：

BDS 启动 bootmgfw.efi
 ↓
Windows Boot Manager 运行
 ↓
准备加载 Windows Kernel

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RT 阶段

RT 是 Runtime 阶段。

当 OS Loader 调用：

gBS->ExitBootServices(ImageHandle, MapKey);

之后，UEFI Boot Services 失效，OS 接管内存、设备和中断。

但部分 Runtime Services 仍保留，例如：

GetVariable()
SetVariable()
GetTime()
ResetSystem()
UpdateCapsule()

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1.4 源码讲解

Boot Services 示例

DXE、BDS、UEFI Shell App 阶段常见代码：

gBS->LocateProtocol(...);
gBS->InstallProtocolInterface(...);
gBS->LocateHandleBuffer(...);
gBS->CreateEvent(...);
gBS->LoadImage(...);
gBS->StartImage(...);

这些都属于 Boot Services，通常只能在 ExitBootServices() 之前调用。

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Runtime Services 示例

Runtime 阶段常见代码：

gRT->GetVariable(...);
gRT->SetVariable(...);
gRT->GetTime(...);
gRT->ResetSystem(...);

这些属于 Runtime Services，在 OS 启动后仍可能被系统调用。

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1.5 ChatGPT 讲解

UEFI 启动流程可以理解为一场接力赛：

SEC  = 把 CPU 叫醒
PEI  = 把机器点亮
HOB  = PEI 给 DXE 的交接单
DXE  = 建设驱动和服务生态
BDS  = 选择启动目标
TSL  = OS Loader 接管
RT   = OS 运行后保留少量 UEFI 服务

重点不是死记缩写，而是理解每个阶段解决的问题。

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1.6 标准答案

UEFI 启动流程由 SEC、PEI、HOB、DXE、BDS、TSL、RT 和 OS 阶段组成。

SEC 负责建立最小执行环境；PEI 负责完成早期硬件初始化，尤其是内存初始化，并通过 HOB 向 DXE 传递信息；DXE 负责加载驱动、建立 Handle 和 Protocol 生态；BDS 负责根据 BootOption 选择启动设备并启动 OS Loader；OS Loader 调用 ExitBootServices() 后，Boot Services 失效，系统进入 Runtime 阶段，仅保留部分 Runtime Services。

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1.7 纠正点

误区 1：DXE 负责启动 Windows

不准确。

正确理解：

DXE 负责建立环境
BDS 负责选择并启动 Windows Boot Manager

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误区 2：PEI 负责加载所有驱动

错误。

PEI 主要做早期初始化。真正大规模驱动加载和设备枚举发生在 DXE 阶段。

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误区 3：ExitBootServices 后还能调用 gBS

错误。

ExitBootServices() 之后 Boot Services 生命周期结束，不能再调用 gBS->LocateProtocol()、gBS->AllocatePool()、gBS->CreateEvent() 等 Boot Services。

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1.8 总评

重要程度：★★★★★
面试频率：★★★★★
实战关联：★★★★★
理解难度：★★☆☆☆

本章是整个 UEFI 学习的总纲。只要启动流程没搞清楚，后面的 HOB、Protocol、Variable、BootOption 都会变成零散知识点。

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1.9 总结

UEFI 启动流程可以理解为系统从上电到进入操作系统的完整生命周期。首先 SEC 阶段建立最小执行环境，随后 PEI 完成 CPU、芯片组和内存等早期初始化，并通过 HOB 将平台信息传递给 DXE。DXE 阶段加载驱动并建立 Handle 和 Protocol 生态，是 UEFI Framework 的核心阶段。之后 BDS 根据 BootOrder 和 BootOption 选择启动设备，通过 LoadImage 和 StartImage 启动 OS Loader。最后 OS Loader 调用 ExitBootServices，将控制权交给操作系统，只保留 Runtime Services。