【PCIe科普】PCIe与BIOS(二):开机自检流程与 Option ROM 加载机制
2026-08-25 14:44:24

我们上个周写了一篇:【PCIe科普】PCIe与BIOS(一):LTSSM初始化是在BIOS POST自检之前吗?结果发现还有不少人感兴趣阅读,我们后面将继续就开机自检POST, BIOS等写点东西。

电脑的 BIOS 在执行开机自检,即 POST(power on self test)过程中,扫描到一个 PCIe device,然后会将该 device 的 ROM 里面的自检执行代码装载到内存,然后交给它执行,执行完毕再跳回到 BIOS 进行下一个 device 自检吗?Legacy BIOS 和 UEFI BIOS 都是这么自检的吗?

//* 这个问题对于工作很多年的有经验的工程师不是问题,但是对于大学期间学了 8086 微机原理的新从业工程师会造成一定的困扰,因为目前大学计算机系学习的很多计算机原理性的东西仍然是非常老旧的Intel 8086/80286/80386 CPU的内容。

其实,上面这个问题涵盖了 BIOS/UEFI 的 POST 流程与 Option ROM 加载机制,以下我们区分 Legacy BIOS 与 UEFI BIOS 的差异来分析一下。

一句话回答

  • 是的,Legacy BIOS 在 POST 过程中扫描设备时,如果发现设备包含 ROM(如显卡、RAID 控制器等的 Option ROM),会将其代码加载进内存(通常从地址 C0000h 开始的段)并执行。
  • 执行完该设备的自检或初始化代码后,会跳回 BIOS,继续扫描下一个设备
  • UEFI BIOS
     也会初始化设备,但执行逻辑完全不同,它不再使用传统 Option ROM 映射到固定内存地址,而是以模块方式执行 EFI 驱动程序(UEFI Option ROM),不再依赖实模式 BIOS 跳转。

更详细技术流程解析

Legacy BIOS 自检流程(POST 阶段)

  1. 加电后执行 BIOS 固件(实模式)。
  2. 自检主板核心硬件
    (CPU、RAM、主桥、南桥等)。
  3. 扫描 PCI/ISA 总线上的设备。
  4. 如果检测到某设备的 ROM 映像(如显卡的 VBIOS):
    • BIOS 将其映射到内存中(如 C0000h 到 DFFFFh 范围);
    • 跳转到该 ROM 的入口点执行(通常是 C000:0003);
    • 设备完成初始化后,通过 RET 或 IRET 跳回 BIOS 主逻辑;
    • BIOS 继续扫描下一个设备。

关键点:ROM 里的代码是用 16 位实模式编写的,并由主 BIOS 控制执行顺序。

  1. 所有设备初始化完成后,BIOS 查找启动设备,加载操作系统引导扇区(MBR)并跳转执行。

UEFI BIOS 自检流程(POST 阶段)

  1. 系统加电,UEFI 固件初始化平台控制器集线器(PCH)、内存、CPU。
  2. UEFI 会枚举设备(通常基于 ACPI、PCIe)。
  3. 对于含有 Option ROM 的设备:
    • 如果是 传统 Legacy Option ROM,UEFI 会模拟 Legacy BIOS 环境(CSM)来执行;
    • 如果是 UEFI Option ROM,则是 PE 格式的 EFI 驱动模块,UEFI 会在 DXE 阶段直接加载并执行;
    • 无需映射到固定内存地址,无需跳转回来,因为 EFI 是模块化驱动架构。
  4. 所有驱动初始化后,进入启动管理器(Boot Manager)选择 OS loader 启动。

注意:UEFI 环境中没有 “跳进去执行再跳回来” 这一 Legacy BIOS 样式的流程,而是更像操作系统内核加载驱动。

总结对比

特性
Legacy BIOS
UEFI BIOS
自检方式
顺序执行 Option ROM
加载 EFI 驱动模块
ROM 映射地址
固定(如 C0000h)
无需固定地址,PE 格式加载
执行机制
跳转到实模式代码,执行完跳回
加载模块并在 EFI 环境运行
并发与模块化
不支持并发,线性处理
支持模块化、链式依赖
兼容性
老设备兼容性好
现代设备普遍支持

补充

  • 如果你的设备使用的是 UEFI + Legacy CSM(兼容支持模块),它可能仍会采用传统 Option ROM 执行方式;
  • 某些设备(例如 RAID 卡、GPU)在 Legacy 模式下,其 BIOS 初始化阶段依赖 Option ROM,否则无法被系统识别。

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