DP读书:鲲鹏处理器 架构与编程(十一)鲲鹏生态软件架构 AND 硬件特定软件

简介: DP读书:鲲鹏处理器 架构与编程(十一)鲲鹏生态软件架构 AND 硬件特定软件


鲲鹏软件构成

鲲鹏处理器的软件生态是一个不断发展的软件生态,服务器本身也具有复杂度多样性,经过很长时间的发展服务器硬件有不同的操作系统方案,这些操作系统往往还实现了软件的分层组合,很难简单描述其软件架构。

本节从一个比较高的层次,主要从GNU/Linux软件生态角度出发,介绍鲲鹏软件的构成。

以下为鲲鹏 GNU/Linux 的软件架构高层视图:

上图中,底部为鲲鹏服务器硬件,以 鲲鹏处理器为核心的通用服务器设备。

在包含ARM核心的硬件系统上运行的软件不可避免的会包含特定系统的代码,此类代码通常以固件形式与其他系统软件分开,本节将此特性的代码称为----硬件特定软件

在服务器领域,服务器的硬件硬件特定软件对服务器“开箱即用”的影响最大,所以这两部分都要满足ARM服务器相关的合规性要求(详见:ARMv8-A 体系结构鲲鹏软件生态与云服务

硬件特定软件

硬件特定软件是指ARM服务器中特定系统的、常以固件形式提供的软件,主要包括所谓的Boot Loader 和设备特定固件。

本节将先介绍Boot Loader,然后介绍 ARM 服务器中的固件要求规范 SBSA 和 SBBR,以及其中 涉及到的一些重要元素, 如 UEFI、ACPI 与 ATF( ARM 可信固件)

1. Boot Loader

Boot Loader 即启动加载程序,是 Bootstrap Loader 一词的缩写版,通常是系统上电或重置运行后的第一个软件,因此它是专门针对特定处理器和主板的。

粗略的看启动流程包括三个主要阶段:

  1. 系统上电,硬件加载Boot Loader;
  2. Boot Loader 加载操作系统,例如Linux内核;
  3. 操作系统加载应用程序和用户数据,完成启动过程。

系统上电 加载

加载

加载

硬件

BootLoader

操作系统

应用程序和用户数据

其中,Boot Loader的主要作用就是充当硬件与操作系统之间的媒介,用于加载操作系统。为完成这一目的,Boot Loader往往要寻找并释放操作系统,建立操作系统运行的基本环境(例如初始化内存、发现硬件设备参数回传操作系统等)。一些复杂的 Boot Loader还会有很多额外的功能,如支持多阶段启动、多种启动方式(如Flash内存、磁盘、网络、U盘、光盘等)、启动多种操作系统、更新固件、提供运行时服务、支持底层调试等。

在服务器领域,支持 安全启动也是一个很重要的特性。

2. SBSA 与 SBBR

不同操作系统对系统加载过程中的要求是不一样的。在ARM的传统强项——嵌入式设备与移动终端——领域的Soc产品,往往是 定制化、差异化、价格敏感的,用户很少跟换硬件模块操作系统。在这些情况下,定制软件的成本远远小于移除硬件功能带来的成本节省。所以此类情况下使用方案多是高度定制化的,如“启动固件+Boot Loader(u-boot、fastboot)+操作系统(Linux)+应用软件”

但在 服务器和PC领域,软件通常由第三方开发,用户只要考虑“开箱即用”和“模块可更换”。定制硬件的成本远超过软件成本。所以,使用的方案一般为标准化的接口兼容的。

SBSA(Server Base Boot Requirements)和SBBR(Server Base Boot Requirements)是ARM在服务器应用领域对服务器基本启动需求提出的规范。

SBBA的规范是基于ARM 64 位处理器架构的硬件体系结构的规范,详细描述了服务器操作系统软件,如:操作系统、Hypervisor(虚拟机管理器)和固件所依赖的特性和系统架构关键层面,包括 CPU、PCIe、定时器、IOMMU、UART(Universal Asynchronous Recevier / Transmitter,通用异步收发传输器)、看门狗和中断等,目标是有足够标准的

系统架构,来使一个恰当的系统镜像能在所有符合规范的系统硬件上运行。

SBSA标准主要定义了以下方面的要求:

1.服务器在加电自检(POST)阶段应该检查的基本硬件组件,例如处理器、内存、硬盘驱动器、键盘和鼠标等。
2.服务器引导过程中需要加载的最小软件集合,包括固件(如BIOS或UEFI固件)、引导加载器(如GRUB或UEFI引导加载器)以及内核等。
3.服务器在引导过程中应该遵循的基本时序和顺序。
4.对于采用多引导架构的系统,SBSA还规定了引导过程中如何处理多个操作系统的引导选项。

SBBR规范是对系统启动固件的规范,定义了符合SBSA标准的ARM AArch64 架构的服务器上的操作系统或者Hypervisor(虚拟机管理器)要实现开箱即用能力的基本固件需求,包括所需启动和运行时的服务和安全要求,并遵循UEFI(Unified Extensible Firmware Interface,统一可拓展固件接口)和ACPI (高级适配电源管理接口规范)

SBSA/SBBR是针对ARM服务器能够启动OS或监视器等固件上提出的最小需求集,同时遵循了UEFI、ACPI、PSCI、SMBIO等工业标准。其中,SBSA和SBBR虽然名字相似,但它们实际上关注的方面有所不同。SBSA主要关注系统启动和运行的最小需求,包括启动加载程序、运行时服务、固件抽象等,而SBBR则关注引导程序的最小需求,例如UEFI的BootServices、RuntimeServices、Protocol等基础服务及协议接口。

在实现层面,SBSA和SBBR规范主要通过LuvOS这个定制化Linux系统来实现。LuvOS是基于Linux内核的,通过将FWTS(Firmware Test Suite)和SBSA-ACS(ARM Server Base Architecture - Automotive and Server Consortium Starter Kit) 在Linux下的工具与标准Linux内核共同编译获得。

3. UEFI

UEFI最早由Intel推出,是16位 x86“传统”PC BIOS的后继产品,目前由UEFI论坛维护。

UEFI(Unified Extensible Firmware Interface) 是一种在计算机固件中使用的图形化标准接口,它被设计用来替代传统的BIOS。UEFI被定义为一个可扩展的固件接口规范,它提供了一组标准的API,使得操作系统可以在预启动环境下与固件进行交互。

UEFI规范的开源参考实现是edk2 或 EDK Ⅱ,源码位于https://github.com/tianocore/tianocore.github.io/tree/master/edk2

上游开发小组为TianoCore社区

UEFI是以图形化界面展示的,相比传统的BIOS,它更易于使用和定制。此外,UEFI还提供了一些先进的功能,例如网络配置、硬件诊断和安全启动等。

UEFI是由一些行业领先的公司共同制定的,包括AMD、Intel、Microsoft等。随着计算机硬件的发展,UEFI也在不断演进,以满足新的需求。

UEFI 规范中包含一个启动管理器 BOOT Manager,他会根据NVRAM(Non-Volatile Random Access Memory,非易失性随机访问存储器)中的参数决定如何加载可执行文件(可能是Boot Loader 或者其他镜像文件),EFI(可拓展固件接口)可执行文件格式必须符合PE(Protable Executable,可移植可执行)格式,PE是一种广泛应用在Windows平台上

4. ACPI

ACPI(Advanced Configuration and Power Interface)是一种开放式电源管理接口规范,它被设计用来提供一种通用的、标准化的电源管理方式。ACPI定义了在操作系统控制之下对电源管理进行完全控制的一种接口规范。

ACPI主要包含以下几部分:

  1. 用于描述计算机系统中电源状态和设备状态的表(Tables);
  2. 用于操作系统与固件之间进行通信的接口(Interfaces);
  3. 用于描述电源、散热管理及系统配置的规范;
  4. 用于提供运行时电源管理的事件(Events)。

ACPI是一种比较复杂的规范,它提供了丰富的电源管理功能。在计算机领域,许多新的电源管理特性都是基于ACPI实现的。

目录
相关文章
|
1月前
|
设计模式 人工智能 算法
编程之旅:从代码到架构的感悟
【9月更文挑战第33天】在编程的世界里,代码不仅是实现功能的工具,更是连接思想与现实的桥梁。本文将通过个人的编程经历,分享从编写第一行代码到设计系统架构的旅程,探索编程背后的哲学和技术演变。我们将一起思考,如何在代码的海洋中找到自己的航向,以及在这个过程中如何不断成长和适应变化。
|
2月前
|
存储 缓存 Java
JAVA并发编程系列(11)线程池底层原理架构剖析
本文详细解析了Java线程池的核心参数及其意义,包括核心线程数量(corePoolSize)、最大线程数量(maximumPoolSize)、线程空闲时间(keepAliveTime)、任务存储队列(workQueue)、线程工厂(threadFactory)及拒绝策略(handler)。此外,还介绍了四种常见的线程池:可缓存线程池(newCachedThreadPool)、定时调度线程池(newScheduledThreadPool)、单线程池(newSingleThreadExecutor)及固定长度线程池(newFixedThreadPool)。
|
3月前
|
设计模式 算法 PHP
深入理解PHP中的数组操作探索编程之美:从代码到架构的思维转变
【8月更文挑战第24天】在PHP编程中,数组是基础且强大的数据结构。本文将通过浅显易懂的方式,介绍如何在PHP中高效地操作数组,包括创建、遍历、排序和过滤等常见任务。无论你是初学者还是有经验的开发者,这篇文章都会带给你新的启示。 【8月更文挑战第24天】在编程的世界中,代码不仅仅是冰冷的字符排列,它承载着思想、解决问题的智慧和创新的灵魂。本文将通过个人的技术感悟,带领读者从编写单一功能的代码片段出发,逐步深入到整个软件架构的设计哲学,探索如何将代码块转化为高效、可维护和可扩展的系统。我们将一起见证,当代码与架构思维相结合时,如何引发技术实践的革命性飞跃。
|
3月前
|
消息中间件 Kafka Java
Spring 框架与 Kafka 联姻,竟引发软件世界的革命风暴!事件驱动架构震撼登场!
【8月更文挑战第31天】《Spring 框架与 Kafka 集成:实现事件驱动架构》介绍如何利用 Spring 框架的强大功能与 Kafka 分布式流平台结合,构建灵活且可扩展的事件驱动系统。通过添加 Spring Kafka 依赖并配置 Kafka 连接信息,可以轻松实现消息的生产和消费。文中详细展示了如何设置 `KafkaTemplate`、`ProducerFactory` 和 `ConsumerFactory`,并通过示例代码说明了生产者发送消息及消费者接收消息的具体实现。这一组合为构建高效可靠的分布式应用程序提供了有力支持。
109 0
|
3月前
|
存储 前端开发 数据库
神秘编程世界惊现强大架构!Web2py 的 MVC 究竟隐藏着怎样的神奇魔力?带你探索实际应用之谜!
【8月更文挑战第31天】在现代 Web 开发中,MVC(Model-View-Controller)架构被广泛应用,将应用程序分为模型、视图和控制器三个部分,有助于提高代码的可维护性、可扩展性和可测试性。Web2py 是一个采用 MVC 架构的 Python Web 框架,其中模型处理数据和业务逻辑,视图负责呈现数据给用户,控制器则协调模型和视图之间的交互。
40 0
|
3月前
|
机器学习/深度学习 Linux PyTorch
跨平台 DataLoader 实现:支持多种操作系统和硬件架构
【8月更文第29天】在深度学习项目中,数据加载和预处理是非常重要的步骤之一。一个良好的数据加载器(DataLoader)能够显著提升模型训练的速度和效率。随着深度学习应用的不断扩展,对于能够在不同操作系统和硬件架构上无缝运行的数据加载器的需求也日益增长。本文将探讨如何设计和实现一个跨平台的 DataLoader,确保其兼容性和可移植性。
73 0
|
3月前
|
测试技术
软件设计与架构复杂度问题之区分软件维护、演进和保护(苟且)如何解决
软件设计与架构复杂度问题之区分软件维护、演进和保护(苟且)如何解决
|
3月前
|
程序员
软件设计与架构复杂度问题之战略编程与战术编程的主要区别如何解决
软件设计与架构复杂度问题之战略编程与战术编程的主要区别如何解决
|
3月前
|
微服务
软件设计与架构复杂度问题之理解软件复杂性的递增性如何解决
软件设计与架构复杂度问题之理解软件复杂性的递增性如何解决
|
3月前
|
Serverless 微服务
软件设计与架构复杂度问题之ady Booch描述软件的复杂性如何解决
软件设计与架构复杂度问题之ady Booch描述软件的复杂性如何解决