【UEFI】一种快速测试运行EFI程序的方法

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前言

很久之前发过我关于对UEFI开发的探索。我那个时候的方法是把EFI文件拷进U盘，再直通进虚拟机里，或者插到哪台真机上。这个操作实际上太繁琐了，只有真机运行才是其优势。

正文

其实作为虚拟机，用虚拟磁盘映像才是最便捷的方案。当时我没有快速制作虚拟磁盘映像的这个概念，导致开发EFI程序都得插着U盘，非常折腾。
最近才发现制作一个虚拟磁盘其实挺简单的。

在Linux环境制作映像

先说Linux环境，因为我发现的这个方案是基于Linux的。
方法是安装mtools包，以Ubuntu/Debian发行版的Linux为例：

sudo apt install mtools

毕竟不涉及内核操作，仅仅是编辑文件什么的。所以这套东西在WSL上（不论WSL1还是WSL2）也是可以用的。

然后是创建空的虚拟磁盘映像，命名为disk.img。

dd if=/dev/zero of=disk.img bs=1k count=1440

接着将其格式化，并创建EFI需要的目录

mformat -i disk.img -f 1440 ::
mmd -i disk.img ::/EFI
mmd -i disk.img ::/EFI/BOOT

最后是复制粘贴到这个虚拟磁盘了

mcopy -i disk.img bootx64.efi ::/EFI/BOOT

如果需要别的文件，可以追加mcopy命令。
把这些东西放进Makefile或者啥编译脚本里，就能直接生成一个包含EFI程序的虚拟磁盘映像了。

在Windows环境制作映像

如果你的系统能使用WSL，那可以直接照搬Linux环境里的操作。这里说的是不借助WSL的方案。（比如Windows 7不能使用WSL）

首先是创建空文件，Windows里可以用fsutil命令创建指定大小的空文件。

fsutil file createNew disk.img 1474560

注意fsutil只接受字节这个单位。

接着就是mtools这套东西了。网上没有找到直接发布EXE的，不知道为啥。但是能下载到源码。但是不知道为啥，又找不到mtools的官方git repo，只能下载tar.gz压缩包。
总之只能自己编译了。这里踩了不少坑。我下载到的版本是4.0.43版的。
既然作为GNU的玩意，最省事的解决方案就是通过GCC来编译了。在Windows上安装msys2来获取GCC。
我们使用MinGW64的控制台，首先先更新一下。注意msys2的控制台要用Shift+Ins键来粘贴，不能用Ctrl+V。

pacman -Syu --noconfirm

控制台在更新完毕后关闭。重启它，更新剩余的东西

pacman -Su

我并不知道mtools具体依赖了哪些包裹。我安装msys2是为了编译QEMU的，所以安装了以下内容：

pacman -S base-devel mingw-w64-x86_64-toolchain git python ninja
pacman -S mingw-w64-x86_64-glib2 mingw-w64-x86_64-pixman python-setuptools
pacman -S mingw-w64-x86_64-gtk3 mingw-w64-x86_64-SDL2 mingw-w64-x86_64-libslirp

我估计其实安装第一行的base-devel和mingw-w64-x86_64-toolchain这两样就够了。
然后用cd命令切换到mtools的源码目录里。比方说你把源码放进了D:\mtools-src目录的话，就用cd /d/mtools-src/命令。
然后是进行配置。

./configure

配置完成后，别急着编译，mtools源码（4.0.43版）在Windows上编译是有坑的，要先改一下config.h文件。
找到#define HAVE_ICONV_H 1这一行，把它注释掉。
找到/* #undef HAVE_LIBICONV */这一行，取消其注释。
最后编译之。

make -j$(nproc)

最后把生成出来的这些exe文件复制到PATH环境变量里能找到的地方。

cp *.exe 目标路径

这下就能用mtools来制作映像了。直接照搬前面在Linux上说的，用mformat，mmd和mcopy这些命令即可。

运行UEFI映像

先说说VMware Workstation上的运行方法。
在VMware里，raw格式的磁盘映像可以视为软盘映像。因此直接向虚拟机添加软盘即可。
然后在固件设置里，直接运行EFI Floppy选项即可。
可以在固件设置里调整优先级来让虚拟机开机就运行你的EFI程序。

另一种方案是用QEMU。如果用惯了命令行，或许QEMU会更简单。
注意QEMU默认使用SeaBIOS作为固件，它是Legacy的。因此要下载TianoCore的OVMF固件才能运行EFI程序。
在Linux里很简单，直接用安装命令即可一次性安装QEMU和OVMF。

sudo apt install qemu-system ovmf

但在Windows里，还得找别的办法来用OVMF。
Kraxel发布过编译好的OVMF固件，可以直接下载。
虽然不是最新版的（Kraxel不再更新编译好的OVMF了），但是能用就行。如果有所追求，那就直接下载源码自己编译OVMF吧。
Kraxel发布的是RPM包，这个文件可以直接用7z打开。提取出里面的OVMF-pure-efi.fd文件，这就是我们要用的OVMF固件。为了和Linux使用一样的命令，建议将其重命名为OVMF.fd。
接着就是运行QEMU了，代码很简单，指定一下用哪个固件，以及加上哪个磁盘映像即可。

qemu-system-x86_64 -bios OVMF.fd -drive format=raw,file=disk.img

有什么别的需求可以追加参数。

结语

本文介绍了一种快速测试EFI程序的方案。简单说就是怎么把EFI程序包装成一个虚拟磁盘映像。
这里用到了mtools包，在Linux里可以直接安装，但在Windows里就需要自己编译了。
最后分别说明了如何用VMware和QEMU运行你的EFI程序。注意QEMU需要额外下载OVMF固件来运行EFI程序。