BIOS开发笔记 5 – CMOS

CMOS原来指的是一种生产电子电路的工艺，在PC上一般指的是RTC电路单元，因为早期它是由这种工艺生产出来的，所以又把RTC称作了CMOS。

RTC（Real Time Clock）即实时时钟，用于保存记录时间和日期，也可以用来做定时开机功能。RTC靠一组独立的电源给它供电，这样设计的目的就是为了不受系统电源的影响，可以保持一直有电，哪怕是在关机状态下。当然这是理想状态下的，因为会有一些不可抗拒的原因，可能会导致断电，比如电池电量消耗完。

RTC的供电设计有两种：台式机上使用常见的RTC电池，笔记本上也有使用RTC电池的，但有些为了节省空间和减低成本，直接共用笔记本电池的电源。RTC功耗极低，根本不需要忧虑它会对对电池造成大的负担。

要使RTC正常工作，除了电源，还需要一个32.768KHZ的晶振。RTC通过对晶振所产生的振荡频率分频和累加，得到年、月、日、时、分、秒等时间信息，并将其保存在一段RAM中。

在UEFI问世之前，BIOS存储一些变量（如BIOS SETUP设置）的方法就是放在RTC RAM中的，只要RTC有电，数据就可以一直保存。如果要恢复默认设置，或忘记密码等，便可以通过拆卸 RTC 电池的办法来达到目的。

至今，“清CMOS”这个词还在沿用，虽然目的都是为了恢复BIOS SETUP初始值，但原理已经变了，UEFI中“清CMOS”并不能达到恢复默认设置的目的，因为数据不是存放在CMOS中了，而是BIOS ROM。那现在的“清CMOS”是怎么实现的呢？原理就是BIOS启动的时候去判断RTC是否掉过电（如Intel中的RTC_PWR_STS），是的话代码就执行恢复动作。注意，这里的恢复是代码实现的，而原来利用的是RTC掉电，数据会清除的原理！

RTC RAM 共有128字节，前14字节是有标准定义的，可以用来控制实时时钟，而其它字节对现在来说都已经过时了，基本没什么用，最多拿来临时存一些数据作标记。

前14字节定义（具体需要参照各平台芯片设计厂商相关的手册）

前面所写的指的是传统的RTC RAM，后面又有了一个扩展的RTC RAM，它相比传统的RTC RAM，可使用的寄存器增加到了256个，不过也很少用到。。

RTC RAM分为两部分，第一部分传统CMOS，只有128字节，第二部分为扩展CMOS，有256字节，需要分开使用70/71或72/73端口访问，每次读写只支持单字节操作。通过RW查看，如下：

RW中直接可以看到在跳动的秒数，操作系统下的时间和日期都是从RTC读出来的。如果在OS下更改时间或日期，RTC中相关寄存器也会被变更。

代码访问CMOS直接使用 IoRead8() 和 IoWrite8() 就可以了，比较简单，EDK2中有相关函数，如下：

UINT8
EFIAPI
CmosRead8 (
 IN  UINTN  Index  
)
{
 IoWrite8 (0x70, (UINT8) Index);
 return IoRead8 (0x71);
}

UINT8
EFIAPI
CmosWrite8 (
 IN  UINTN  Index,
 IN  UINT8  Value  
)
{
 IoWrite8 (0x70, (UINT8) Index);
 IoWrite8 (0x71, Value);
 return Value;
}

定时开机的叫法有几种，如RTC Wake Up、RTC Alarm、Wake Up From S5 等，原理就是设置RTC中几个Alarm寄存器，当Alarm寄存器的值跟当前时间一样时，RTC就会产生一个Alarm，如果此时RTC Alarm Enable有被设置启用的话，则会产生一个唤醒事件（wake event）唤醒计算机，达到一个定时开机的作用。

定时开机常见的应用场景有两种，一种是在BIOS SETUP做的定时开机功能，另一种则是由APP设置的定时开机，如常用于测试跑自动开关机的工具Pwrtest.exe（它是微软提供的，在SDK中可找到它，由于EWDK包含SDK，所以EWDK也有，用everything搜一下很快可以找到），原理也是在关机的时候设置了RTC Alarm，然后不断重复这个动作，便实现了自动开关机的功能。