摘要：基本輸入／輸出系統(BIOS)是現代計算機系統的重要組成部分，負責計算機系統的開機自檢、板級初始化、加載操作系統內核以及基本I／O功能。以龍芯2F CPU架構為研究背景，在其基礎上分析了PMON的系統結構與工作流程，通過添加網絡驅動程序，最終實現通過PMON加載Linux和VxWorks操作系統。進行必要的功能完善與性能優化，并經過嚴格的測試以排除可能存在的深層次缺陷，實現了一個性能穩定、功能完善、高可靠性的能與國產龍芯2F處理器平臺緊密搭配的BIOS。
關鍵詞：BIOS；CPU；龍芯2F處理器；PMON

龍芯CPU使用PMON作為基本輸入輸出系統(BIOS)。PMON具有強大而豐富的功能，除基本的I／O功能外，還包括硬件初始化與檢測、操作系統引導和程序調試等功能。PMON早期的版本功能少且擴展性不好。現在龍芯CPU上使用的PMON添加了硬盤和其他文件系統的支持，以及顯卡的支持等。本文在深入分析PMON源碼的前提下，添加了82551網卡驅動以便以網絡下載加載操作系統內核，并對移植好的PMON系統進行了功能、性能和穩定性等方面的測試以適應某些重要領域對計算機系統高可靠性要求。通過專門的測試程序來實現此任務，并且盡量保證高的測試覆蓋性。

1 基于龍芯2F架構的PMON分析
1．1 PMON執行流程分析
在龍芯2F CPU上電之初，內存和內存控制器處于不確定狀態，因此CPU開始執行的BIOS代碼只能放在非易失性介質中。PMON的二進制代碼就存放于主板上一塊512 KB的FLASH芯片上，其虛擬地址為0xBFC00000，物理地址是0x1FC00000。
由于在ROM FLASH運行的速度比較慢，并且空間有限，不能隨時更改ROM中的內容，就需要把引導程序搬到內存里運行。因此，PMON的運行過程分為兩個階段：第一階段是在ROM FLASH中運行，主要進行基本硬件初始化，如：北橋、南橋、內存控制器、緩存和串口初始化等；第二階段在內存中執行，主要完成環境變量和基本數據結構的初始化、PCI總線掃描和設備初始化，顯卡初始化、網絡協議和設備初始化，并對搜索到的PCI總線上的設備進行驅動程序的加載與配置等，最后加載操作系統內核。
1．2 PMON在ROM中的執行流程
龍芯CPU開始執行的指令將CP0控制寄存器的狀態寄存器和原因寄存器清零，讓CPU處于內核模式。這是因為MIPS CPU啟動時，必須定義足夠的CPU控制寄存器狀態，以使CPU能執行非緩存的指令。在對緩存初始化之前，不能訪問緩存。非緩存的異常入口在0xBFC00000，但此處沒有足夠的空間存放啟動代碼，于是設計了一個跳轉。這個跳轉可以測試CPU是否正常工作。如果硬件發生了某種嚴重的錯誤，可能會導致CPU嚴重的異常。如果CPU正常啟動起來并跳轉到了正確的位置并執行了預先設計的指令，就可以相信CPU正常，某些硬件正常。跳轉之后，PMON進行一系列的初始化與測試工作，這個過程如圖1所示。