计算机系统核心开发

本书对 UEFI 中的 ACPI 规范进行了详细介绍，是读者熟练掌握计算机系统软件 UEFI BIOS 和 Linux 内核工 作原理和开发方法的推荐阅读图书之一。 本书内容包括设备及系统配置、电源和性能管理、ACPI 嵌入式控制器接口规范、ACPI 系统管理总线接口规 范、处理器配置和控制、ASL 编程语言、系统描述表、ACPI 定义的设备和设备特定对象、电源和电表设备、散 热管理、系统地址映射接口、睡眠和唤醒、NUMA 架构平台、ACPI 平台错误接口及 ACPI 功能实现等。 本书可作为计算机系统软件开发培训和辅导用书，也可作为大专院校师生、广大 BIOS、Linux 内核， BMC 方面的 IT 从业人员以及软、硬件开发人员的参考用书。

本书对 UEFI 中的 ACPI 规范进行了详细介绍，是读者熟练掌握计算机系统软件 UEFI BIOS 和 Linux 内核工 作原理和开发方法的推荐阅读图书之一。 本书内容包括设备及系统配置、电源和性能管理、ACPI 嵌入式控制器接口规范、ACPI 系统管理总线接口规 范、处理器配置和控制、ASL 编程语言、系统描述表、ACPI 定义的设备和设备特定对象、电源和电表设备、散 热管理、系统地址映射接口、睡眠和唤醒、NUMA 架构平台、ACPI 平台错误接口及 ACPI 功能实现等。 本书可作为计算机系统软件开发培训和辅导用书，也可作为大专院校师生、广大 BIOS、Linux 内核， BMC 方面的 IT 从业人员以及软、硬件开发人员的参考用书。

章 ACPI简述 1.1 首要目标 1 1.2 电源管理 2 1.3 遗留支持 3 1.4 OEM实现策略 3 1.5 电源和睡眠按钮 3 1.6 ACPI规范与结构 4 1.7 OS、平台兼容性 5 1.7.1 平台实现ACPI定义的接口 5 1.7.2 OSPM实现 5 1.7.3 OS要求 6 第2章 ACPI基本术语及概念 2.1 通用ACPI术语 7 2.2 各种状态定义 12 2.2.1 全局系统状态定义 12 2.2.2 设备电源状态定义 13 2.2.3 睡眠状态定义 14 2.2.4 处理器电源状态定义 15 2.2.5 设备和处理器性能状态定义 15 2.3 电源状态 16 2.3.1 平台电源管理特征 17 2.4 电源管理标准 18 2.5 跨设备依赖 18 2.6 硬件编程模型 18 2.6.1 固定硬件编程模型 19 2.6.2 通用硬件编程模型 19 目 录 IV 计算机系统核心开发：高级配置与电源管理最佳实践 2.7 ACPI硬件特征 20 2.8 ACPI寄存器模型 21 2.9 系统描述表头部 25 第3章 ASL编程语言 3.1 ASL语法 28 3.1.1 ASL语法表示法 28 3.2 ASL概念 29 3.2.1 ASL名字 29 3.2.2 ASL字面常量 29 3.2.3 ASL资源模板 30 3.2.4 ASL宏 31 3.2.5 ASL数据类型 31 3.2.6 ACPI名字空间 39 3.2.7 定义块 41 3.2.8 控制方法执行 43 3.2.9 资源描述符类型 46 3.3 常用ASL操作符 62 3.3.1 ACPI表管理 62 3.3.2 ASL编译控制 64 3.3.3 常量 64 3.3.4 混杂命名对象创建 65 3.3.5 操作区域和字段 71 3.3.6 字节数组字段 77 3.3.7 同步 78 3.3.8 对象参考 79 3.3.9 整数运算 79 3.3.10 逻辑操作符 82 3.3.11 方法执行控制 83 3.3.12 数据类型转换和处理 87 3.3.13 资源描述符宏 93 3.3.14 控制方法对象 108 3.4 预定义的对象 109 3.4.1 \_GL (Global Lock Mutex) 109 3.4.2 _OSI (Operating System Interface) 109 3.4.3 \_OS (OS Name Object) 112 目 录V 3.4.4 \_REV (Revision Data Object) 112 3.5 转化ASL到AML 112 第4章 系统描述表架构 4.1 概要 115 4.2 ACPI系统描述表 117 4.2.1 保留位和字段 117 4.2.2 兼容性 118 4.2.3 地址格式 118 4.2.4 UUID (Universal Uniform Identifiers) 119 4.2.5 RSDP 119 4.2.6 RSDT 120 4.2.7 XSDT 121 4.2.8 FADT 121 4.2.9 FACS 140 4.2.10 DSDT 143 4.2.11 SSDT 143 4.2.12 MADT 144 4.2.13 SBST 151 4.2.14 ECDT 151 4.2.15 SRAT 153 4.2.16 SLIT 155 4.3 其他ACPI表 156 4.3.1 MCFG 156 4.3.2 HPET 157 4.3.3 DMAR 158 4.3.4 微软软件授权表 158 4.3.5 SPMI 159 4.3.6 SPCR 160 第5章 ACPI事件编程模型 5.1 ACPI事件编程模型组件 165 5.2 ACPI事件类型 166 5.3 固定事件处理 166 5.4 通用目的事件处理 167 VI 计算机系统核心开发：高级配置与电源管理最佳实践 5.4.1 针对GPE处理的_Exx、_Lxx和_Qxx方法 170 5.4.2 GPE唤醒事件 171 5.5 设备对象通知 173 第_______6章 设备及系统配置 6.1 设备标识对象 176 6.1.1 _ADR (Address) 177 6.1.2 _CID (Compatible ID) 178 6.1.3 _CLS (Class Code) 179 6.1.4 _DDN (DOS Device Name) 179 6.1.5 _HID (Hardware ID) 179 6.1.6 _HRV (Hardware Revision) 180 6.1.7 _MLS (Multiple Language String) 180 6.1.8 _SUB 181 6.1.9 _STR (String) 181 6.1.10 _UID (Unique ID) 182 6.1.11 _SUN (Slot User Number) 182 6.2 设备配置对象 183 6.2.1 _CDM (Clock Domain) 184 6.2.2 _CRS (Current Resource Settings) 184 6.2.3 _DIS (Disable) 185 6.2.4 _DMA (Direct Memory Access) 185 6.2.5 _DSD (Device Specific Data) 187 6.2.6 _FIX (Fixed Register Resource Provider) 187 6.2.7 _GSB (Global System Interrupt Base) 189 6.2.8 _HPP (Hot Plug Parameters) 190 6.2.9 _HPX (Hot Plug Parameters Extensions) 192 6.2.10 _MAT (Multiple APIC Table Entry) 195 6.2.11 _OSC (Operating System Capabilities) 196 6.2.12 _PRS (Possible Resource Setting) 202 6.2.13 _PRT (PCI Routing Table) 202 6.2.14 _PXM (Proximity) 205 6.2.15 _SLI (System Locality Information) 205 6.2.16 _CCA (Cache Coherency Attribute) 207 6.2.17 _SRS (Set Resource Settings) 208 6.3 设备插入、移走和状态对象 209 目 录VII 6.3.1 _EDL(Eject Device List) 210 6.3.2 _EJD(Eject Dependent Device) 211 6.3.3 _EJx(Eject) 212 6.3.4 _LCK(Lock) 212 6.3.5 _OST(OSPM Status Indication) 212 6.3.6 _RMV(Remove) 216 6.3.7 _STA (Status) 216 6.4 其他对象和控制方法 217 6.4.1 _INI (Init) 218 6.4.2 _REG (Region) 218 6.4.3 _BBN (Base Bus Number) 220 6.4.4 _SEG (Segment) 220 6.4.5 _GLK (Global Lock) 222 6.5 系统配置对象 222 6.6 ISA设备配置 222 第7章 电源和性能管理 7.1 声明电源资源对象 228 7.2 为电源资源定义的子对象 228 7.2.1 _OFF 229 7.2.2 _ON 229 7.2.3 _STA (Status) 229 7.3 设备电源管理对象 229 7.3.1 _DSW (Device Sleep Wake) 231 7.3.2 _PSx (Power State x) 231 7.3.3 _PSC (Power State Current) 231 7.3.4 _PR0 (Power Resource for D0) 232 7.3.5 _PR1 (Power Resource for D1) 232 7.3.6 _PR2 (Power Resource for D2) 233 7.3.7 _PR3 (Power Resource for D3hot) 233 7.3.8 _PRW (Power Resource for Wake) 233 7.3.9 _PSW (Power State Wake) 234 7.3.10 _IRC (In Rush Current) 235 7.3.11 _S1D (S1 Device State) 235 7.3.12 _S2D (S2 Device State) 235 7.3.13 _S3D (S3 Device State) 236 VIII 计算机系统核心开发：高级配置与电源管理最佳实践 7.3.14 _S4D (S4 Device State) 236 7.3.15 _S0W (S0 Device Wake State) 237 7.3.16 _S1W (S1 Device Wake State) 237 7.3.17 _S2W (S2 Device Wake State) 237 7.3.18 _S3W (S3 Device Wake State) 238 7.3.19 _S4W (S4 Device Wake State) 238 7.4 OEM提供的系统级别控制方法 238 7.4.1 \_PTS 239 7.4.2 系统\_Sx状态 239 7.4.3 \_SWS（System Wake Source） 242 7.4.4 \_TTS (Transition To State) 242 7.4.5 \_WAK (System Wake) 243 7.5 OSPM使用_PTS、_TTS和_WAK 243 7.6 控制设备电源 244 7.6.1 获取设备电源能力 244 7.6.2 设置设备电源状态 244 7.6.3 获取设备电源状态 245 7.6.4 唤醒计算机 245 7.6.5 调制解调器设备电源管理示例 245 第8章 ACPI嵌入式控制器接口规范 8.1 嵌入式控制器接口描述 250 8.2 嵌入式控制器寄存器描述 251 8.2.1 嵌入式控制器状态寄存器 251 8.2.2 嵌入式控制器命令寄存器 252 8.2.3 嵌入式控制器数据寄存器 252 8.3 嵌入式控制器命令集 252 8.3.1 读嵌入式控制器 252 8.3.2 写嵌入式控制器 252 8.3.3 突发使能嵌入式控制器 253 8.3.4 突发屏蔽嵌入式控制器 253 8.3.5 查询嵌入式控制器 253 8.4 中断模型 254 8.4.1 事件中断模型 254 8.4.2 命令中断模型 254 8.5 嵌入式控制器接口算法 255 目 录IX 8.6 嵌入式控制器描述信息 255 8.7 通过嵌入式控制器实现的SMBus主控制器接口 255 8.7.1 寄存器描述 256 8.7.2 协议描述 259 8.8 SMBus设备 261 8.8.1 SMBus设备访问限制 262 8.8.2 SMBus设备命令访问限制 262 8.9 在ACPI名字空间中定义一个嵌入式控制器设备 262 8.10 在ACPI名字空间中定义一个EC SMBus主控制器 266 第9章 ACPI系统管理总线接口规范 9.1 SMBus概要 268 9.1.1 SMBus从地址 268 9.1.2 SMBus协议 269 9.1.3 SMBus状态码 269 9.1.4 SMBus命令值 269 9.2 ASL代码访问SMBus 270 9.2.1 声明SMBus主控制器对象 270 9.2.2 声明SMBus设备 271 9.2.3 声明SMBus操作区域 271 9.2.4 声明SMBus字段 272 9.2.5 声明和使用SMBus数据缓冲区 274 9.3 使用SMBus协议 275 9.3.1 快速读/写（SMBQuick） 275 9.3.2 发送/接收字节（SMBSendReceive） 276 9.3.3 读/写字节（SMBByte） 277 9.3.4 读/写双字节（SMBWord） 278 9.3.5 读/写块（SMBBlock） 278 9.3.6 双字节过程调用（SMBProcessCall） 279 9.3.7 块过程调用（SMBBlockProcessCall） 280 0章 处理器配置和控制 10.1 处理器电源状态 282 10.1.1 处理器电源状态C0 283 10.1.2 处理器电源状态C1 285 X 计算机系统核心开发：高级配置与电源管理最佳实践 10.1.3 处理器电源状态C2 285 10.1.4 处理器电源状态C3 285 10.1.5 额外处理器电源状态 286 10.2 刷新缓存 287 10.3 声明处理器 287 10.3.1 _PDC (Processor Driver Capabilities) 288 10.3.2 处理器电源状态控制 289 10.3.3 处理器风门控制 292 10.3.4 处理器性能控制 297 10.4 处理器聚合设备 302 10.4.1 逻辑处理器空载 302 10.4.2 _PUR (Processor Utilization Request) 302 1章 ACPI定义的设备和设备特定对象 11.1 \_SI系统指示标记 304 11.1.1 _SST (System Status) 305 11.1.2 _MSG (Message) 305 11.1.3 _BLT (Battery Level Threshold) 305 11.1.4 ASL代码示例 305 11.2 电池设备 306 11.3 控制型外盖设备 306 11.3.1 _LID 307 11.3.2 实现示例 307 11.4 控制型电源和睡眠按钮设备 310 11.5 嵌入式控制器设备 312 11.6 通用容器设备 313 11.7 ATA控制器设备 313 11.7.1 _GTF（Get Task File） 313 11.7.2 IDE控制器设备 314 11.7.3 SATA控制器设备 317 11.8 GPE块设备 318 11.9 模块设备 319 11.10 内存设备 322 11.10.1 地址解码 323 11.10.2 内存设备的_OSC定义 323 11.11 _UPC (USB Port Capabilities) 324 目 录XI 11.12 USB 2.0主控制器和_UPC、_PLD 326 11.13 设备对象名冲突 327 11.13.1 _DSM (Device Specific Method) 327 11.14 PC/AT RTC/CMOS设备 327 11.14.1 PC/AT兼容RTC/CMOS设备（PNP0B00） 327 11.14.2 Intel PIIX4兼容RTC/CMOS设备（PNP0B01） 328 11.14.3 Dallas Semiconductor兼容RTC/CMOS设备（PNP0B02） 329 11.15 I/O APIC设备 329 2章 电源和电表设备 12.1 电池管理 330 12.1.1 电池通讯 331 12.1.2 电池容量 331 12.1.3 电池容量规格 331 12.1.4 低电量容量级别 332 12.1.5 电池校准 333 12.2 智能电池子系统 334 12.2.1 ACPI智能电池状态改变通知要求 335 12.2.2 智能电池对象 336 12.2.3 _SBS(Smart Battery Subsystem) 336 12.3 控制型电池 338 12.3.1 电池事件 339 12.3.2 电池控制方法 339 12.3.3 ASL代码示例 347 12.4 AC适配器和电源对象 348 12.4.1 _PSR(Power Source) 349 12.4.2 _PCL(Power Consume List) 349 12.4.3 _PIF(Power Source Information) 350 12.4.4 _PRL(Power Source Redundancy List) 350 12.5 电表 350 12.5.1 _PMC(Power Meter Capabilities) 351 12.5.2 _PTP(Power Trip Points) 352 12.5.3 _PMM(Power Meter Measurement) 352 12.5.4 _PAI(Power Averaging Interval) 352 12.5.5 _GAI(Get Averaging Interval) 353 12.5.6 _SHL(Set Hardware Limit) 353 XII 计算机系统核心开发：高级配置与电源管理最佳实践 12.5.7 _GHL(Get Hardware Limit) 353 12.5.8 _PMD(Power Metered Devices) 353 12.6 电源和电表名字空间示例 353 3章 散热管理 13.1 散热控制 355 13.1.1 主动和被动冷却模型 356 13.1.2 性能和节省电量 356 13.1.3 噪声 357 13.1.4 多个散热区 357 13.1.5 主动、被动和临界策略 357 13.1.6 动态地改变冷却温度触发点 358 13.1.7 识别温度改变 359 13.1.8 主动冷却 360 13.1.9 被动冷却 361 13.1.10 临界关机 362 13.2 冷却首选项 362 13.2.1 评估散热设备列表 364 13.2.2 评估设备散热关系信息 364 13.2.3 风扇设备通知 364 13.3 风扇设备 364 13.3.1 _FIF(Fan Information) 365 13.3.2 _FPS(Fan Performance States) 366 13.3.3 _FSL(Fan Set Level) 366 13.3.4 _FST(Fan Status) 366 13.4 散热对象 367 13.4.1 _ACx(Active Cooling) 367 13.4.2 _ALx(Active List) 368 13.4.3 _ART(Active Cooling Relationship Table) 368 13.4.4 _CRT(Critical Temperature) 370 13.4.5 _DTI(Device Temperature Indication) 370 13.4.6 _HOT(Hot Temperature) 370 13.4.7 _NTT(Notification Temperature Threshold) 370 13.4.8 _PSL(Passive List) 370 13.4.9 _PSV(Passive) 371 13.4.10 _RTV(Relative Temperature Values) 371 目 录XIII 13.4.11 _SCP(Set Cooling Policy) 371 13.4.12 _TC1(Thermal Constant 1) 374 13.4.13 _TC2(Thermal Constant 2) 374 13.4.14 _TMP(Temperature) 374 13.4.15 _TPT(Trip Point Temperature) 375 13.4.16 _TRT(Thermal Relationship Table) 375 13.4.17 _TSP(Thermal Sampling Period) 375 13.4.18 _TST(Temperature Sensor Threshold) 375 13.4.19 _TZD(Thermal Zone Devices) 376 13.4.20 _TZM(Thermal Zone Member) 376 13.4.21 _TZP(Thermal Zone Polling) 376 13.5 OS设备驱动散热接口 376 13.6 散热区接口要求 377 13.7 散热区示例 377 13.7.1 基础散热区 378 13.7.2 多速率风扇 379 13.7.3 具有多个设备的散热区 381 4章 系统地址映射接口 14.1 INT 15h，E820h——查询系统地址映射 387 14.2 E820假设和限制 389 14.3 UEFI启动服务功能 389 14.4 UEFI假设和限制 390 14.5 地址映射示例 390 14.6 操作系统调用示例 391 5章 唤醒和睡眠 15.1 睡眠状态 393 15.1.1 S1睡眠状态 395 15.1.2 S2睡眠状态 396 15.1.3 S3睡眠状态 396 15.1.4 S4睡眠状态 397 15.1.5 S5软关机状态 398 15.1.6 从工作状态转换到睡眠状态 398 15.1.7 从工作状态转换到软关机状态 399 XIV 计算机系统核心开发：高级配置与电源管理最佳实践 15.2 刷新缓存 399 15.3 初始化 400 15.3.1 将系统置于ACPI模式 401 15.3.2 BIOS对内存进行初始化 402 15.3.3 加载OS 404 15.3.4 退出ACPI模式 405 6章 NUMA架构平台 16.1 NUMA节点 406 16.2 系统位置 407 16.2.1 SRAT定义 407 16.2.2 系统资源关联更新 407 16.3 系统位置距离信息 407 16.3.1 在线插拔 408 16.3.2 对已存在位置的影响 408 7章 ACPI平台错误接口（APEI） 17.1 硬件错误和错误源 409 17.2 OSPM和系统固件之间的关系 410 17.3 错误源发现 410 17.3.1 启动错误源 410 17.3.2 ACPI错误源 411 17.4 固件首先处理错误 420 17.5 错误序列化 421 17.5.1 序列化动作表 421 17.5.2 操作 425 17.6 错误注入 429 17.6.1 EINJ 429 17.6.2 注入指令项 430 17.6.3 注入指令 431 17.6.4 触发动作表 433 17.6.5 错误注入操作 433 8章 ACPI功能实现 18.1 架构概要 436 18.1.1 ACPICA系统概要 436 18.1.2 ACPICA子系统架构 438 18.1.3 OS服务层架构 440 18.2 设计细节 441 18.2.1 ACPI名字空间基本原理 441 18.2.2 执行模型 443 18.2.3 原理和理论 449 18.3 实现细节 450 18.3.1 主机OS初始化顺序要求 450 18.3.2 ACPICA初始化顺序要求 451 18.3.3 多线程支持 456 18.3.4 通用目的事件支持 461 18.3.5 混杂ACPICA行为 463 18.4 ACPICA部署向导 464 18.4.1 使用ACPICA子系统接口 464 18.4.2 实现OS服务层 469