BIOS定制是實現嵌入式產品差異化特性的有效途徑，本文將討論與創建這些定制BIOS相關的問題，包括快速引導、用戶界面和功能，以及固件應用能力等。

    許多基于x86的嵌入式解決方案都依賴針對臺式計算機設計的BIOS，通過對BIOS進行配置可實現更高效的、富有成本效益的設計，以滿足專用硬件和軟件的需求。

    在臺式機、服務器以及筆記本電腦中常見的BIOS(一種專為IT應用而設計的BIOS)已被設計成使這些設備能像通用計算機一樣工作，因此人們能以同樣的方式來使用這些設備。而諸如網絡設備和自助式信息服務終端(如kiosk設備)等基于x86的嵌入式產品，則需要像設備而不是像通用計算機那樣來工作。嵌入式設備需要使設備具有獨特功能的固件，這正是BIOS可發揮作用的地方。嵌入式固件(即用在x86架構上的BIOS)正是實現嵌入式設備差異化的基礎。

    為嵌入式系統定制BIOS有兩種方法：一種方法是花費大量的時間和精力將臺式機和/或服務器的BIOS改造成可滿足嵌入式系統的要求；另一種方法則是采用一種專為嵌入式市場設計的BIOS。后一方法有助于簡化為嵌入式系統創建定制BIOS的全過程，這既可盡量減少工作量和風險，又能提供強大的固件能力。

    用BIOS實現嵌入式產品差異化

    差異化是嵌入式產品獲得成功并走向具有競爭優勢的新方向的一個關鍵因素。表1列出的是用BIOS實現產品功能差異化的一些方法。本文將討論與創建這些BIOS有關的問題，這些BIOS的特點包括：可配置成只包含標準IT BIOS的一部分特性；可定制成包含專用平臺設置屏幕、濺射效果屏幕(splash screen)設置(包括多媒體)以及諸如FPGA初始化代碼等專用代碼；可實現亞秒級快速引導的目標；提供增強的固件應用能力，比如高可用性監控和引導安全性等。 

    大多數臺式機或服務器系統都要求將所有的BIOS初始化功能集成到系統中，包括即插即用(PnP)、功率模式(APM)、配置和電源接口(ACPI)、PCI設備枚舉與資源分配、增強硬盤驅動器(EDD)、系統管理BIOS(SMBIOS)、系統管理總線(SMBUS)以及其它功能等。在使用通用IT BIOS的情況下，這些功能必須全部被構建到系統的BIOS中，以便系統能支持所有需要這種支持的軟硬件插件。

    但對大多數嵌入式應用來說，這些功能組件很多都是一些只會增加設備加電自檢(POST)時間和消耗ROM空間的非必要功能。Embedded BIOS 2000等可配置BIOS則能提供800多種配置選項，這些選項用來控制將哪些功能組件包含在BIOS構建過程中。特定設計不需要的任何功能組件都不會包含在BIOS二進制代碼中。

    定制BIOS的用戶界面和功能

    嵌入式設備很少需要標準的BIOS用戶界面。如果設備是從內部硬盤驅動器上引導，則它既不需要配置成從閃存或CDROM上引導，也不需要提供用于非標準CPU或存儲器時鐘的選項。另外，若專用硬件(如ASIC)需要在引導時進行初始化和配置，則還需要在核心BIOS中包含這種代碼。

    取消設置屏幕可讓BIOS用戶界面采用新的形式，如無頭設計、通過與遠程終端程序相連的RS232串行電纜實現的菜單或類似臺式機的POST，以及借助以太網的遠程登錄對話，甚至一種可在裝載OS時顯示由OEM定義的圖形、動畫和聲音的圖形化準操作系統(pre-OS)環境。

    構建定制的用戶界面需要BIOS核心功能的支持，這樣用戶界面就能在恰當時候得到控制權。另外，BIOS鍵盤和視頻調用需要被路由到新設備(例如遠程登錄)上并進行適當處理。

    初始化專用硬件不但需要定制代碼，而且初始化序列也很重要，例如配置ASIC需要在PCI設備枚舉之前進行。對BIOS用戶來說，能在BIOS引導序列的恰當時候插入定制代碼是非常必要的。如果所有的BIOS代碼都以源代碼的形式提供，則嵌入式BIOS用戶就能在引導序列的任何點上調用其初始化代碼。此外，可以將這種代碼進行打包，這樣就無需將定制代碼集成到核心BIOS代碼中，從而可將它從一個平臺移植到另一個平臺。

    快速引導

    設備從上電到功能可用的這段時間的長短，將影響用戶對設備性能和可靠性的看法。引導時間超過1秒的設備看起來就像沒有響應或者響應緩慢。優化BIOS引導時間并不容易，因為在BIOS加電自檢過程中，有許多步驟需要優化。

    實現快速引導的一種概念是使用微軟的簡單引導標記增強(simple boot flag enhancement)，它能決定引導時執行哪些POST組件。當然，還可在其它地方減少引導時間。

    利用速度標記，簡單引導標記以簡單的形式被用來控制引導速度。在引導過程中，BIOS在非易失性存儲器中設置引導速度標記，然后再執行一組完整的診斷測試。在引導末期，BIOS將控制權交給OS，如果OS引導沒有任何問題，它便會清除引導速度標記。在下一次重啟時，BIOS會看到引導速度標記已經被清除，然后它會進行一組較短的診斷測試，從而減少引導時間。如果BIOS或OS檢測到任何硬件配置的變化和/或故障，則它們將互相協調以確保在下一個引導周期中執行一組完整的診斷測試。

    盡管引導速度的提高主要歸功于采用簡單引導標記，但在其它許多方面也可提高引導速度，包括：視頻ROM擴展(大約需要1至3秒)；到屏幕的任何其它BIOS輸出，包括POST及PCI消息等(大約需要100毫秒)；不需要BIOS但需要由OS激活的硬件初始化，如鼠標及鍵盤等(大約需要數秒鐘)；由于大多數嵌入式系統具有固定的硬件配置，所以還可利用特定目標的優化(如經過優化的內存初始化和PCI枚舉)來進一步提高引導速度。

    通過使用簡單引導標記、消除硬件初始化并使用特定目標的優化，目前許多平臺的引導時間都已可達亞秒級。在個別平臺上，從復位到OS加載的時間可小于100毫秒。

    增強的嵌入式固件應用能力

    嵌入式系統開發商正日益尋求通過增加更多的特性，來使產品有別于競爭產品的方法。固件是增強這種特性(特別是那些需要單獨運行平臺OS的特性)的理想地方，其中一個例子就是高可用性監控與引導安全性。

    如果自助式信息服務終端采用獨立于OS運行的固件，它便能以許多方式檢測出故障情況，然后采取記錄故障、通過網絡發送電子郵件或者重啟等糾正措施。盡管這是一種可見性故障，但無頭(headless)設備也同樣容易受到攻擊。

    固件是實現這種監控的理想地方，該監控獨立于OS并以系統管理模式(SMM，x86處理器架構的第四種模式)與OS并行運行。例如，Firmbase SMM操作環境具有自己的32位SMM操作環境，以便運行用Windows工具構建的可移植可執行程序。Firmbase應用程序駐留在ROM中的BIOS旁邊，在這里它們獨立于OS運行，即使OS已經崩潰或丟失。這使BIOS成為對系統故障進行檢測和響應的高可用性監控解決方案的實現地方。

    某些情況下，固件可幫助解決終端用戶篡改設備的問題。投票機、游戲機，甚至機頂盒等都需要一系列建立在應用層軟件、固件本身以及平臺之間的信任。如果沒有這種信任，用戶就可以在硬盤驅動器上修改關鍵文件，或者用另一塊主板來擾亂輪詢結果或欺騙主機。通過與運行在Windows或Linux OS下的應用程序、以及運行在SMM并獨立于OS的固件建立可重復性的加密握手，無論是應用程序還是固件都能夠禁用系統，以免系統進行誤操作。

    過去，將硬件與應用程序綁在一起是應用程序員的工作。如今，無論是擴展系統的系統管理接口(SMI)處理程序來執行握手，還是授權在固件層具有日志、遠程管理以及OEM級配置的引導時間安全應用程序，都變得更加安全和簡單。

    還可通過另外一些方式使用BIOS，以使產品在固件級上具有差異化并獲得競爭優勢。在解決BIOS的功能配置、用戶界面、快速引導以及增加專用功能等問題后，還可考慮其它許多方面。例如，可用ROM、RAM、閃存或USB存儲器棒等固態媒介來代替硬盤；內置診斷可集成到BIOS中以助于實現自動制造；內置調試程序可加快電路板的推出過程；此外，專用加載程序(比如那些用于Windows CE與EFI的加載程序)還可為未來技術改進提供內置路線圖。

    由于嵌入式系統之間存在廣泛的應用差異性，所以沒有一個單一的BIOS能對它們全部適用或者有效。為能直接開發并高效地、富有成本效益地配置嵌入式設備，用開發商定制硬件和軟件應用的相同方式來定制固件的能力還有待進一步提高。