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主板BIOS及EC控制器

印寧華|Indining China|

2022-10-15 13:31:23 193

常見的硬件平臺

BIOS(基本輸入輸出系統)一般燒寫在一個ROM芯片里。一般是8個引腳。位于主板的南橋附近，旁邊會有個紐扣電池，主板上也會標示有BIOS字樣或者是標簽之類。BIOS程序存放在主板的一個只讀存儲器，不需要供電就可保持數據不丟失。CMOS是BIOS設置的結果，其存放于南橋芯片內集成的存儲器中，需要不間斷供電才能保持其數據不丟失。

如圖技嘉主板，有兩個BIOS，一個主，一個備用。

BIOS介紹 BIOS (Basic Input Output System)即基本輸入/輸出系統。存放在一個不需要電源的記憶體（芯片）中，這就是平時所說的BIOS。它為計算機提供最低級的、最直接的硬件控制。

BIOS的功能：1.自檢及初始化 2.程序服務 3.設定中斷

BIOS的類型 AMI, Award, Phoenix BIOS芯片的種類 FLASH ROM EPROM PROM MARK PROM

BIOS和CMOS BIOS是一組設置硬件的電腦程序，而CMOS是電腦主板上的一塊可讀寫的RAM芯片。CMOS芯片由主板上的充電電池供電，即使系統斷電，參數也不會丟失。

內部模塊(Award BIOS)

注：以上模塊的序號及文件名稱，在不同的BIOS中并不相同，某些模塊，在某些BIOS中并不存在。

早期的主板上叫ROM BIOS，它是被燒錄在EPROM里，要通過特殊的設備進行修改，想升級就要更換新的ROM。新式的奔騰主板大多采用閃爍存儲器芯片(Flash ROM)，可使用軟件進行升級。

為了安全起見，有些主板上有跳線決定BIOS能不能被修改，默認的情況下是不能修改。如果你不想對其升級或在升級之后，最好把跳線設置到不能修改的位置。另有一些主板沒有跳線來控制BIOS是否可以修改，軟件可以直接更新BIOS。

BIOS、CMOS和控制芯片

CMOS控制:系統設置或配置信息存儲在CMOS RAM(或CMOS SRAM)中，它叫做互補金屬氧化物半導體存儲器，屬于內存的一種，它需要很少的電源來維持所存儲的信息。時鐘(RTC)記錄系統的日期和時間，也需要電源來維持，所以，一些主板上都能看到一塊金屬的鋰電池來提供電源。電池壽命大約是5年，當你發現電腦的時間變慢或者不正確時就要準備更換電池了。

CMOS記錄了系統的一些重要信息，如軟驅、硬盤的設置以及系統日期和時間等，電腦每次啟動時都要先讀取里面的信息。某些情況會引起CMOS內容的丟失，比如電池電量不足，或者其他一些不可知的原因。

有時我們需要主動清除CMOS中的信息，比如忘記了開機密碼而無法啟動系統。一般，主板上有專門的跳線來解決這個問題。有些主板的電池不容易取下，你要參考主板說明書，找到正確的跳線，按指示的方法進行；一般的方法是先關閉電源，把CMOS跳線短接一會兒，然后還原，重新開機即可。

主控制芯片: 主板上還有兩個重要的控制芯片，一塊PCI插槽旁邊，另一個在CPU旁邊；它們是控制局部總線和內存的，各種擴展卡都由它們來控制；也就是說CPU對其它設備的控制都是通過它們來完成的。它們的型號往往決定了主板的擴展性。

我們在購買主板時，常常看到包裝上、廣告上會寫著什么BX芯片組，MVP芯片組，等等，這些芯片組就是指這兩顆控制芯片，它們決定了主板所支持的CPU類型、最高的工作頻率、內存的最大容量、擴展槽的數量等等。所以購買主板時，要注意芯片組的類型。

外圍設備控制芯片:上面介紹了主要控制芯片，主板上還有一顆控制外部接口的芯片：MULTII/O。它主要控制并口、串口、鍵盤、鼠標、還有軟盤驅動器的接口。ATX結構的主板，這些接口都集成在主板上，AT結構的主板就只有一個大的鍵盤口，串并口要從主板上用數據線接出來。

EC介紹

EC，嵌入式控制器，全稱Embedded Controller，是x86架構移動便攜嵌入式應用的專用MCU，主要應用于移動計算機系統和嵌入式計算機系統中，為此類計算機提供系統管理功能。主要任務有 CPU時序管理、電池管理、熱管理、鍵盤管理、ACPI管理。簡單來說，在我們日常使用筆電時，電池充放電、鍵盤掃描、開合蓋檢測、風扇控制、指示燈控制及核心數據匯報操作系統等工作，都是 EC 在背后默默處理。是一個16位單片機，它內部本身也有一定容量的Flash來存儲EC的代碼。在關機狀態下，EC一直保持運行，并在等待用戶的開機信息。而在開機后，EC更作為鍵盤控制器，鼠標，觸摸板，充電指示燈以及風扇等設備的控制，它甚至控制著系統的待機、休眠等狀態。

主流筆記本系統中，EC在系統架構中的地位如下圖：

現在的EC有兩種架構，上圖左邊是比較傳統的，一般這種情況下EC的代碼也是放在FLASH中的，也就是和BIOS共用一個FLASH。右邊的則是比較新的架構，一般它只使用EC內部的ROM。EC上一般都含有鍵盤控制器，所以也稱KBC(Keyboard Controller)。

功能（IT8511E LPC EC） LPC Bus I/F 8032TT (Twin turbo version) 3 SM Bus (spec. 2.0) channels 32 interrupt events to EC Timer/Watch Dog Timer 2 Power Management Channel Total Support 73-port GPIO’s 8042 style KBC interface 12 channels ADC 6 channels 8-bit DAC 8 PWM Support 3 PS2 ports 18×8 Keyboard matrix scan Customer Remote Controller IR

在筆電的主板線路設計中，EC 和 PCH是通過 LPC/eSPI 相連。相對而言，EC 需要處理的都是一些邏輯簡單，計算量小，但穩定性要求極高的工作任務。

EC的發展歷程

最初的筆電主板并沒有EC這顆專用MCU芯片。電池管理、熱管理、鍵盤管理等任務，分別由各自對應的芯片管控。例如：早期筆記本電腦主板上有一個鍵盤管理芯片 i8042，負責PS/2接口的鍵盤和鼠標控制和數據轉發，簡稱KBC（Keyboard Controller）。如下圖：

隨著集成電路產業的飛速發展，芯片設計可以做到體積更小、功能更多、集成度更高。因此，筆電主板設計上，KBC集成了越來越多的功能，最終發展成為現在的EC，因此EC也時常會被稱作 KBC芯片。

時至今日，筆電產品為了兼顧高速通訊和輕薄美觀的*設計，采用USB Type-C 接口統一電源、音頻、視頻接口，EC又肩負起PD芯片數據采集的任務。同時，數據安全是未來信息社會不容忽視的問題，那么筆電產品的固件啟動安全，都是EC必須直面的關鍵問題。

事實上在筆電設計中，EC 承擔的任務始終在逐步增加，如今已成為筆電主板不可或缺的專用 MCU。

EC BIOS關系 在系統關機的時候，只有RTC部分和EC部分在運行。在檢測到用戶按開機鍵后，EC會通知整個系統把電源打開。CPU被RESET后，會去讀BIOS內一個特定地址內的指令。

對于上圖左邊的結構：在這個系統中，EC起到了橋接BIOS和南橋（或者說整個系統）的作用。對于上圖右邊的結構：在這地址南橋后，會直接通過LPC到BIOS，不需要EC的橋接。這里需要說明的是，對于臺式機而言，一般是不需要EC的。這里原因有很多：臺式機本身的ATX電源就具有一定的智能功能，已經能受操作系統控制來實現待機、休眠的狀態. 由于筆記本的鍵盤不能直接接到PS/2接口，而必須接到EC之上；筆記本有更多的小功能，比如充電指示燈、WIFI指示燈、Fn等很多特殊的功能，而且筆記本必須支持電池的充放電等功能，而智能充放電則需要EC的支持。筆記本TFT屏幕的開關時序也必須由EC控制。這些原因導致了筆記本使用EC來做內部管理的必要性。

總體來說，EC和BIOS都處于機器的最底層。EC是一個單獨的處理器，在開機前和開機過程中對整個系統起著全局的管理。而BIOS是在等EC起來后才開始運行的。如果說BIOS 是底層系統的話，那EC似乎更加底層。

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