今天的BIOS如何超过64KB？

Question

AFAIK，BIOS大小限制为段大小（0xFFFF）。但是，如今许多BIOS都超过了64KB，通常超过10MB。它怎么做呢？

Answer 1

64KiB限制一直是硬件限制，而不是软件限制。重点是重新控制从内存到固件Flash ROM的内存访问。
这是允许更大的Flash ROM所要做的，但是历史很复杂。

CPU通过至少一个外部芯片访问固件（用于获取指令或数据）。
现代的层次结构就是这样的：

Core --[QPI/UPI]--> System Agent --[DMI]--> PCH --[SPI/LPC]--> FLASH ROM

较老的是：

CPU --[FSB]--> North Bridge/MCH --[DMI/Proprietary]--> South Bridge/ICH --[LPC] --> FLASH ROM

一个更老的是：

CPU --[BUS]--> System Controller --> FLASH ROM

注意：Flash ROM通常通过SuperIO芯片或嵌入式控制器连接到LPC。

为了使CPU能够访问固件，一些内存地址被盗并重定向到Flash ROM。
这是通过配置CPU和Flash ROM之间的所有中间节点来完成的。

该窗口的大小设置为64KiB或128KiB（对应于0xf0000-0xfffff或0xe0000-0xfffff），但这是设计决定（允许具有640KiB的RAM和320 / 256KiB的扩展ROM）。
可以将窗口设计为512KiB或更高（尽管RAM会受到限制）。

无论如何，窗口设置为64KiB并进行更改会破坏该软件，因此它没有（并且没有）扩展。
当386出现时，CPU可以寻址超过1MiB（+ 64KiB-16B），实际上这是在286中使用24位地址空间“原型化”的，机会来了。

上电后，CPU开始从处获取指令CS:IP = 0xf000:0x0fff，例如16位CPU，但是（由于段寄存器的内部工作方式），此逻辑地址不会转换为0xffff0（16位CPU就是这种情况），而是转换为0xfffffff0（16字节数低于4GiB限制）。
这样做是为了向后兼容（CS:IP对软件可见的一对不变），同时允许映射更大的Flash ROM。
当然，也需要将4GiB附近的地址重定向（窃取）到Flash ROM。

固件窗口的大小不会像1MiB地址空间那样影响4GiB地址空间，因此4GiB处的窗口更大。
该窗口的大小可以根据需要设置为大（与其他系统设备兼容），但是有一个陷阱（实际上是两个）。

1. 在4GiB-18MiB处，有一个始终无法访问的区域，被LAPIC（CPU内部块）遮盖了，该区域是可移动的，可以禁用，但默认情况下为4GiB-18MiB。
   因此，例如30MiB的Flash ROM将部分无法访问。
2. PCH SPI模块最多支持8MiB的窗口。

固件如何成为20MiB？如今，固件主要由四个组件组成：

• UEFI / BIOS
• 英特尔ME
• 1Gbs以太网
• RAID控制器

上面讨论的窗口仅适用于UEFI / BIOS。
ME固件具有其自己的窗口，以太网和RAID控制器是PCIe设备，可以利用任何PCI窗口。

综合而言，固件分为多个组件，其中大多数遵循PCI（e）设计。其余的具有足够大的特殊内存窗口。

那么，为什么仍然要说BIOS限于段大小呢？
因为当CPU从0xfffffff0它引导时实际上是在16位/ 32位混合模式下，所以它在“内存结束”之前（在4GiB限制之前）只有16个字节，但是任何远跳转都CS将由16位重新加载规则，将CPU限制在1MiB下限。
因此旧的64KiB / 128KiB窗口仍然存在，并且已映射到闪存的同一区域。
这使固件大于16B并根据需要配置系统（例如，仅将16位服务映射到下部窗口）。