EDK2环境搭建以及HelloWorld编译实现

一、TianoCore的官方介绍

Welcome to TianoCore, the community supporting an open source implementation of the Unified Extensible Firmware Interface (UEFI). EDK II is a modern, feature-rich, cross-platform firmware development environment for the UEFI and UEFI Platform Initialization (PI) specifications. We hope that you’ll review our wiki documentation, use TianoCore for platform firmware, report any issues you find, and contribute to the community.

TianoCore 致力于支持 UEFI（统一可扩展固件接口）的开源实现。EDK II 是一个现代化、功能强大且跨平台的固件开发环境，完全遵循 UEFI 及 UEFI PI（平台初始化）规范。

二、UEFI & EDKII & OVMF

UEFI是一种标准或者规范手册。它定义了系统的启动流程，实现从硬件到操作系统的引导过程，定义了固件与操作系统之间的接口。比方说要盖房子，规范就规定了房子要有承重墙，电路布线规则，门窗大小等。
EDK2的全称是EFI Development Kit II，是由Intel主导的开源UEFI开发框架。开发者可以基于EDK2编写自己的UEFI固件。
OVMF全称是Open Virtual Machine Firmware，是EDK2的一个子项目，专门针对QEMU虚拟机环境提供UEFI支持。输出的文件通常是OVMF.fd或者OVMF_CODE.fd / OVMF_VARS.fd。

三、EDK2环境搭建

安装依赖

sudo apt update
sudo apt install -y build-essential uuid-dev iasl git nasm\
python3-distutils python2-pip python3-setuptools python3-venv python3-dev\
flex bison openssl libssl-dev libpython3-dev

获取源码

# edk2的GitHub官网 https://github.com/tianocore/edk2/tree/master
# 获取稳定版本
git clone https://github.com/tianocore/edk2.git -b stable/202011

mkdir -p ~/src
cd ~/src
git clone https://github.com/tianocore/edk2.git -b stable/202011
cd edk2
git submodule update --init

编译BaseTools

cd ~/src/edk2
make -C BaseTools

# 完成后期望看到 GenFv GenFw GenFfs VolInfo 等工具
ls -l BaseTools/Source/C/bin

初始化构建环境
```
cd ~/src/edk2
source edksetup.sh
```
这一步会在Conf/下生成targart.txt、tool_def.txt。如果以后每次打开新shell要构建，可以把这句加入到~/.bashrc。

编辑Conf/targart.txt

# 适用于本地x86_64的最小配置
ACTIVE_PLATFORM       = OvmfPkg/OvmfPkgX64.dsc
TARGET                = DEBUG
TARGET_ARCH           = X64
TOOL_CHAIN_TAG        = GCC5
BUILD_RULE_CONF       = Conf/build_rule.txt

ACTIVE_PLATFORM指向要构建的Platform.dsc（这里是OVMF x64）。
TOOL_CHAIN_TAG = GCC5这里的GCC5是默认选项，不用改成GCC。

构建OVME（x64固件）

cd ~/src/edk2
source edksetup.sh
build -a X64 -t GCC5 -p OvmfPkg/OvmfPkgX64.dsc -b DEBUG

# 构建成功后，固件文件位于
~/src/edk2/Build/OvmfX64/DEBUG_GCC5/FV/
# 重要文件示例：OVMF_CODE.fd OVMF_VARS.fd OVMF.fd

此时其实固件已经生成完毕了。

生成直接可用的bios.bin（可选）

cd ~/src/edk2/Build/OvmfX64/DEBUG_GCC5/FV
cat OVMF_CODE.fd OVMF_VARS.fd > ~/run-ovmf/bios.bin
# 校验大小接近 OVMF_CODE + OVMF_VARS
ls -lh ~/run-ovmf/bios.bin

创建测试用的FAT磁盘目录
```
mkdir -p ~/run-ovmf/hda-contents/EFI/BOOT
```
把一个 64-bit 的 EFI 程序放进去，下面编译HelloWorld。

HelloWorld编译

# 默认HelloWorld的位置在：MdeModulePkg/Application/HelloWorld/HelloWorld.inf
build -a X64 -t GCC5 -p MdeModulePkg/MdeModulePkg.dsc -m MdeModulePkg/Application/HelloWorld/HelloWorld.inf

# 生成的文件路径：Build/MdeModule/DEBUG_GCC5/X64/HelloWorld.efi
cp ~/src/edk2/Build/MdeModule/DEBUG_GCC5/X64/HelloWorld.efi hda-contents/EFI/BOOT/BOOTX64.EFI

运行QEMU

cd ~/run-ovmf
qemu-system-x86_64 \
    -bios ~/src/edk2/Build/OvmfX64/DEBUG_GCC5/FV/OVMF.fd \
    -drive format=raw,file=fat:rw:~/run-ovmf/hda-contents \
    -m 512M

cat OVMF_CODE.fd OVMF_VARS.fd > ~/run-ovmf/bios.bin
qemu-system-x86_64 \
	-bios ~/run-ovmf/bios.bin \
	-drive format=raw,file=fat:rw:~/run-ovmf/hda-contents \ 
	-m 1024M
	
qemu-system-x86_64 -bios D:\users\wsy\Desktop\EDK2\edk2\OVMF.fd -drive format=raw,file=fat:rw:D:\users\wsy\Desktop\EDK2\edk2\run-ovmf\hda-contents -m 512M

以上两个命令有所区别。OVMF.fd的固件结构是单文件，是CODE和VARS在一起的。其中CODE是UEFI的代码段，VARS是内嵌的变量存储区，这种情况下启动后修改的UEFI变量不会持久保存，下次启动会恢复初始状态。与之相反的是第二条命令，其可以持久保存UEFI的设置。

在Ubuntu20.04上运行QUMU遇到的问题以及解决方法

一、执行QEMU界面卡住，无法进入shell

直接使用命令sudo apt install qemu-system-x86_64安装的版本在执行时会卡到Guest has not initialized the display (yet)界面，无法进入下一步，如图1所示。

图1：错误页面示意图
1. 考虑是QEMU虚拟机版本的问题，所以接下来尝试两种解决方法，一种是使用Windows安装QEMU虚拟机运行自Linux编译出的OVMF固件镜像。另一种是在Ubuntu上利用源码编译出更高版本的QEMU虚拟机。

二、Windows上安装QEMU执行OVMF.fd

安装步骤（只讲关键步骤）

下载地址：https://qemu.weilnetz.de/w64/
下载版本如图二。

图2：win下qemu下载版本
1. 正常步骤安装即可。
2. 将安装路径D:\Program Files\qemu添加至环境变量path，直接搜索环境变量即可。
  
  图3：添加环境变量
3. 安装完毕确认。
```
qemu-system-x86_64 -version
```
4. 执行。
```
qemu-system-x86_64 -bios D:\users\wsy\Desktop\EDK2\edk2\D:\users\wsy\Desktop\EDK2\edk2\run-ovmf\bios.bin -drive format=raw,file=fat:rw:D:\users\wsy\Desktop\EDK2\edk2\run-ovmf\hda-contents -m 512M
```
5. 进入shell。
  Boot Manager->EFI Interal Shell进入到shell。
  
  进入对应的目录执行HelloWorld。
  
  图4：执行HelloWorld