主板BIOS及EC控制器

印宁华|Indining China|

2022-10-15 13:31:23 243

常见的硬件平台

BIOS(基本输入输出系统)一般烧写在一个ROM芯片里。一般是8个引脚。位于主板的南桥附近，旁边会有个纽扣电池，主板上也会标示有BIOS字样或者是标签之类。BIOS程序存放在主板的一个只读存储器，不需要供电就可保持数据不丢失。CMOS是BIOS设置的结果，其存放于南桥芯片内集成的存储器中，需要不间断供电才能保持其数据不丢失。

如图技嘉主板，有两个BIOS，一个主，一个备用。

BIOS介绍 BIOS (Basic Input Output System)即基本输入/输出系统。存放在一个不需要电源的记忆体（芯片）中，这就是平时所说的BIOS。它为计算机提供最低级的、最直接的硬件控制。

BIOS的功能：1.自检及初始化 2.程序服务 3.设定中断

BIOS的类型 AMI, Award, Phoenix BIOS芯片的种类 FLASH ROM EPROM PROM MARK PROM

BIOS和CMOS BIOS是一组设置硬件的电脑程序，而CMOS是电脑主板上的一块可读写的RAM芯片。CMOS芯片由主板上的充电电池供电，即使系统断电，参数也不会丢失。

内部模块(Award BIOS)

注：以上模块的序号及文件名称，在不同的BIOS中并不相同，某些模块，在某些BIOS中并不存在。

早期的主板上叫ROM BIOS，它是被烧录在EPROM里，要通过特殊的设备进行修改，想升级就要更换新的ROM。新式的奔腾主板大多采用闪烁存储器芯片(Flash ROM)，可使用软件进行升级。

为了安全起见，有些主板上有跳线决定BIOS能不能被修改，默认的情况下是不能修改。如果你不想对其升级或在升级之后，最好把跳线设置到不能修改的位置。另有一些主板没有跳线来控制BIOS是否可以修改，软件可以直接更新BIOS。

BIOS、CMOS和控制芯片

CMOS控制:系统设置或配置信息存储在CMOS RAM(或CMOS SRAM)中，它叫做互补金属氧化物半导体存储器，属于内存的一种，它需要很少的电源来维持所存储的信息。时钟(RTC)记录系统的日期和时间，也需要电源来维持，所以，一些主板上都能看到一块金属的锂电池来提供电源。电池寿命大约是5年，当你发现电脑的时间变慢或者不正确时就要准备更换电池了。

CMOS记录了系统的一些重要信息，如软驱、硬盘的设置以及系统日期和时间等，电脑每次启动时都要先读取里面的信息。某些情况会引起CMOS内容的丢失，比如电池电量不足，或者其他一些不可知的原因。

有时我们需要主动清除CMOS中的信息，比如忘记了开机密码而无法启动系统。一般，主板上有专门的跳线来解决这个问题。有些主板的电池不容易取下，你要参考主板说明书，找到正确的跳线，按指示的方法进行；一般的方法是先关闭电源，把CMOS跳线短接一会儿，然后还原，重新开机即可。

主控制芯片: 主板上还有两个重要的控制芯片，一块PCI插槽旁边，另一个在CPU旁边；它们是控制局部总线和内存的，各种扩展卡都由它们来控制；也就是说CPU对其它设备的控制都是通过它们来完成的。它们的型号往往决定了主板的扩展性。

我们在购买主板时，常常看到包装上、广告上会写着什么BX芯片组，MVP芯片组，等等，这些芯片组就是指这两颗控制芯片，它们决定了主板所支持的CPU类型、最高的工作频率、内存的最大容量、扩展槽的数量等等。所以购买主板时，要注意芯片组的类型。

外围设备控制芯片:上面介绍了主要控制芯片，主板上还有一颗控制外部接口的芯片：MULTII/O。它主要控制并口、串口、键盘、鼠标、还有软盘驱动器的接口。ATX结构的主板，这些接口都集成在主板上，AT结构的主板就只有一个大的键盘口，串并口要从主板上用数据线接出来。

EC介绍

EC，嵌入式控制器，全称Embedded Controller，是x86架构移动便携嵌入式应用的专用MCU，主要应用于移动计算机系统和嵌入式计算机系统中，为此类计算机提供系统管理功能。主要任务有 CPU时序管理、电池管理、热管理、键盘管理、ACPI管理。简单来说，在我们日常使用笔电时，电池充放电、键盘扫描、开合盖检测、风扇控制、指示灯控制及核心数据汇报操作系统等工作，都是 EC 在背后默默处理。是一个16位单片机，它内部本身也有一定容量的Flash来存储EC的代码。在关机状态下，EC一直保持运行，并在等待用户的开机信息。而在开机后，EC更作为键盘控制器，鼠标，触摸板，充电指示灯以及风扇等设备的控制，它甚至控制着系统的待机、休眠等状态。

主流笔记本系统中，EC在系统架构中的地位如下图：

现在的EC有两种架构，上图左边是比较传统的，一般这种情况下EC的代码也是放在FLASH中的，也就是和BIOS共用一个FLASH。右边的则是比较新的架构，一般它只使用EC内部的ROM。EC上一般都含有键盘控制器，所以也称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

在笔电的主板线路设计中，EC 和 PCH是通过 LPC/eSPI 相连。相对而言，EC 需要处理的都是一些逻辑简单，计算量小，但稳定性要求极高的工作任务。

EC的发展历程

最初的笔电主板并没有EC这颗专用MCU芯片。电池管理、热管理、键盘管理等任务，分别由各自对应的芯片管控。例如：早期笔记本电脑主板上有一个键盘管理芯片 i8042，负责PS/2接口的键盘和鼠标控制和数据转发，简称KBC（Keyboard Controller）。如下图：

随着集成电路产业的飞速发展，芯片设计可以做到体积更小、功能更多、集成度更高。因此，笔电主板设计上，KBC集成了越来越多的功能，最终发展成为现在的EC，因此EC也时常会被称作 KBC芯片。

时至今日，笔电产品为了兼顾高速通讯和轻薄美观的 .设计，采用USB Type-C 接口统一电源、音频、视频接口，EC又肩负起PD芯片数据采集的任务。同时，数据安全是未来信息社会不容忽视的问题，那么笔电产品的固件启动安全，都是EC必须直面的关键问题。

事实上在笔电设计中，EC 承担的任务始终在逐步增加，如今已成为笔电主板不可或缺的专用 MCU。

EC BIOS关系 在系统关机的时候，只有RTC部分和EC部分在运行。在检测到用户按开机键后，EC会通知整个系统把电源打开。CPU被RESET后，会去读BIOS内一个特定地址内的指令。

对于上图左边的结构：在这个系统中，EC起到了桥接BIOS和南桥（或者说整个系统）的作用。对于上图右边的结构：在这地址南桥后，会直接通过LPC到BIOS，不需要EC的桥接。这里需要说明的是，对于台式机而言，一般是不需要EC的。这里原因有很多：台式机本身的ATX电源就具有一定的智能功能，已经能受操作系统控制来实现待机、休眠的状态. 由于笔记本的键盘不能直接接到PS/2接口，而必须接到EC之上；笔记本有更多的小功能，比如充电指示灯、WIFI指示灯、Fn等很多特殊的功能，而且笔记本必须支持电池的充放电等功能，而智能充放电则需要EC的支持。笔记本TFT屏幕的开关时序也必须由EC控制。这些原因导致了笔记本使用EC来做内部管理的必要性。

总体来说，EC和BIOS都处于机器的最底层。EC是一个单独的处理器，在开机前和开机过程中对整个系统起着全局的管理。而BIOS是在等EC起来后才开始运行的。如果说BIOS 是底层系统的话，那EC似乎更加底层。

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