Исследование возможностей Human Interface Infrastructure для разработки UEFI приложений с графическим интерфейсом

Аннотация: Якубов Я.А., Чередникова О.Ю. Исследование возможностей Human Interface Infrastructure для разработки UEFI приложений с графическим интерфейсом. Исследованы принципы и устройство UEFI HII. Исследованы возможности UEFI HII для разработки системных утилит в качестве UEFI приложений с графическим пользовательским интерфейсом.

Общая постановка проблемы

Системные утилиты, выполняющие различные специализированные задачи, связанные с настройкой оборудования или операционной системы, чаще всего имеют консольный интерфейс, который не является дружественным и продуктивным в использовании для пользователя. Системные утилиты, обладающие графическим интерфейсом пользователя, имеют возможность использовать большее количество средств ввода (клавиатура, мышь и сенсорный экран) и являются более дружественными и простыми в работе.

Введение в Human Interface Infrastructure

В спецификации UEFI версии 2.1 был представлен механизм Human Interface Infrastructure (HII), который разработан для централизованного управления вводом, выводом и конфигурацией микропрограммы платформы [1].

HII предоставляет такие возможности, как управление строками и шрифтами, абстракция пользовательского ввода, внутреннее и внешнее представление форм, которые используются для передачи информации о конфигурации для приложений во время выполнения и механизмы, позволяющие возвращать результаты этих приложений в микропрограмму, упрощённую локализацию, возможность для разных драйверов (включая драйверы для плат расширения) и приложений предоставлять интерфейс для конфигурирования.

HII предоставляет поддержку пользовательского интерфейса на широком диапазоне устройств отображения:

• текстовый дисплей;
• графическимй дисплей;
• удалённый текстовый дисплей;
• удалённый графическимй дисплей;
• веб-браузер;
• GUI в среде ОС.

Также поддерживается автоматическая конфигурация без дисплея.

Основные концепции HII

Основными концепциями, лежащими в основе HII, являются наборы протоколов, которые позволяют драйверу UEFI предоставлять возможность регистрировать пользовательский интерфейс и содержимое конфигурации с помощью встроенного программного обеспечения платформы [2]. Концепция взаимодействия компонентов HII представлена на рисунке 1. В отличие от устаревших микропрограмм, конфигурация драйверов и контроллеров не используется до тех пор, пока микропрограмма платформы не решит использовать службы этих протоколов. Драйверы UEFI не могут выполнять операции и взаимодействовать с пользователем вне контекста этих протоколов.

Элементы пользовательского интерфейса в виде списков пакетов переносятся драйверами и приложениями. UEFI драйверы и приложения могут динамически создавать списки пакетов или могут быть предварительно собраны и перенесены как ресурсы в образе UEFI драйвера или приложения. Процесс добавления ресурсов в образ UEFI драйвера или приложения представлен на рисунке 2. Если они хранятся как ресурсы, тогда редактор может изменять элементы пользовательского интерфейса без перекомпиляции образа. Например, элементы интерфейса могут быть изменены или удалены, добавлены новые языки или изменены значения по умолчанию. Конечным обработчиком информации о пользовательском интерфейсе является браузер форм или процессор форм. Браузер форм — это предоставляемый платформой пользовательский интерфейс, где отображаются формы и вводятся данные от пользователя.

База данных HII выступает в качестве хранилища для всех видов ресурсов пользовательского интерфейса, включая формы, шрифты, строки, изображения, анимацию и раскладки клавиатуры. Микропрограмма платформы и отдельные UEFI драйверы или приложения могут устанавливать и удалять эти ресурсы. Для взаимодействия с базой данных HII используется протокол EFI_HII_DATABASE_PROTOCOL. Обычно, во время инициализации UEFI драйвера или во время запуска, драйвер устанавливает ресурсы с помощью функции NewPackageList ().

Средства, с помощью которых создаются ресурсы строки, шрифта, изображения и формы, выходят за рамки спецификации UEFI. На рисунке 3 показаны возможные способы реализации данных средств. В обоих случаях дизайн графического интерфейса пользователя является необязательным элементом, а элементы пользовательского интерфейса хранятся в текстовом файле ресурсов. В конечном итоге этот исходный файл преобразуется в файл RES, который можно связать с основным приложением. Примерами таких программных средств являются AMI Visual eBIOS, Phoenix Desktop Manager.

Компоненты пользовательского интерфейса HII

Пользовательский интерфейс состоит из нескольких отдельных компонентов, показанных на рисунке 4. Такими компонентами являются шрифты, изображения, формы и строки. Строки представляют собой текстовое представление (в кодировке UCS-2), на которую обычно ссылаются формы. Такая реализация позволяет включить поддержку нескольких языков. Для этого у строк есть соответствующие языковые обозначения, чтобы отличать один язык от другого, что значительно упрощает локализацию.

При отображении содержимого в локальной системе HII также поддерживает возможность использования базовыми компонентами пользовательского интерфейса изображений и шрифтов.

Формы

Спецификация UEFI описывает, как UEFI драйвер или приложение может представлять интерфейс на основе форм (или диалогов). Пример такой формы изображен на рисунке 5. Интерфейс на основе форм предполагает, что каждое окно или экран содержит некоторое оформление окна (заголовок и кнопки) и список вопросов. Формы описывают какой тип содержимого должен отображаться пользователю. Формы хранятся в базе данных HII вместе со строками, шрифтами и изображениями.

Браузер форм предоставляет пользовательский интерфейс на основе форм, который понимает, как читать содержимое форм, взаимодействовать с пользователем и сохранять полученные значения. Браузер форм использует данные форм, установленные приложением или драйвером во время инициализации в базе данных HII. Браузер форм организует формы так, что пользователь может перемещаться между формами, выбирать вопросы и изменять значения, используя устройства HID (Human Interface Device) и устройства отображения. Когда пользователь закончил вносить изменения, браузер форм сохраняет значения в глобальном хранилище переменных EFI или в хранилище переменных, предоставляемых UEFI драйвером или приложением. Другие приложения могут использовать информацию в формах для проверки значений параметров конфигурации без пользовательского интерфейса.

Формы описываются языком визуального представления форм VFR (Visual Form Representation), который используется для создания пользовательского интерфейса с различным типом содержимого [3]. Язык VFR определён спецификацией VFR Programming Language Specification утверждающейся сообществом TianoCore. Описание форм на языке VFR хранится в текстовом файле с расширением vfr. В процессе компиляции описание форм преобразуется в IFR (Internal Form Representation) в бинарный файл с расширением irf. В IRF файл помещаются структуры данных переменной длины называемые кодами операций. Каждый код операции указывает, какой тип объекта описывается, имеет ли данный объект вложенные объекты и т.д. Использование принципа кодов операции позволяет изменять браузер форм и расширять функциональность не рискуя проблемами совместимости.

Для управления ресурсами HII предоставляет протоколы EFI_HII_FONT_PROTOCOL, EFI_HII_STRING_PROTOCOL, EFI_HII_IMAGE_PROTOCOL которые позволяют взаимодействовать со шрифтами, строками и изображениями соответственно.

Наборы форм представляют собой группу логически связанных форм. В наборе форм есть родительская форма и дочерние формы. Родительская форма – первая видимая форма в наборе форм. Дочерние формы – вторая и последующие формы в наборе форм. Браузер форм предоставляет средства для перехода к родительской форме, навигации между формами в наборе форм или между формами в разных наборах форм.

Выводы

В работе были рассмотрены возможности Human Interface Infrastructure для разработки системных утилит в виде UEFI приложений обладающих графическим интерфейсом пользователя. Широкие возможности Human Interface Infrastructure позволяют разрабатывать системные утилиты обладающие графическим интерфейсом пользователя, что делает их более простыми и продуктивными в использовании. В дальнейшем планируется выполнить исследование других механизмов и способов разработки, которые позволяют оснастить UEFI приложение графическим интерфейсом пользователя.

Литература

1. Beyond BIOS: Developing with the Unified Extensible Firmware Interface /V. Zimmer, М. Rothman, S. Marisetty. — 3rd edition. — Boston: De|G Press, 2017. — 326 p.
2. Unified Extensible Firmware Interface (UEFI) Specification. Version 2.7 Errata A – Unified EFI Forum, 2017. – 2575 p.
3. VFR Programming Language Specification. Revision 1.92 – Intel Corporation, 2018. – 74 p.