現代的UEFI BIOS除了傳統BIOS的一些配置信息還在CMOS中，絕大部分需要存儲的内容都被保存在閃存芯片中，在那裡，還居住着BIOS的執行代碼、ME的代碼和存儲部分，以及一些其他固件們（GBe，PMC，TB PHY等等）。閃存，也就是Flash，這個詞彙經常出現在我們周圍，這不，長江存儲又刷屏了 。但是，這種閃存是固态硬盤要用到的NAND Flash，而不是BIOS存儲用到的NOR Flash。

BIOS之所以選用NOR，是看中了它的XIP，也就是eXecute in place特性。我粗陋的翻譯為原地執行代碼，而不需要加載Load到某塊内存中執行。這個特性十分重要，因為在上電啟動後，内存初始化還沒有進行，沒有内存可供使用，雖然我們可以将Cache偷過來做内存用一段時間（Cache As RAM，CAR），但總是沒有直接用起來方便。在CAR好了之前的代碼，都是在NOR Flash上直接執行的（XIP）。

盡管BIOS使用NOR Flash上已經有很長時間，但它和南橋芯片的接口在經曆了從FWH到SPI的轉變。十幾年前閃存接口是傳統的挂在LPC下面的FirmwareHub，那時的BIOS芯片長這樣（現在有些古老主闆上還可以找到它）：

ST FWH 2MB Flash

FWH閃存芯片管腳多，主闆走線複雜，成本高，LPC總線速度慢，這些弊病讓主闆BIOS芯片在十幾年前慢慢地向SPI NOR Flash芯片轉移。現在的BIOS芯片幾乎都是SPI芯片，如果你仔細尋找，你幾乎可以在所有的台式機、筆記本、服務器、甚至是嵌入式系統中找到它的身影：

Winbound 25Q64BV

這是兩個Winbond 8MB的芯片 ，左邊是8個管腳的封裝，一般用作筆記本和嵌入式系統上；右邊是16 pin的封裝，一般用作台式機和服務器中。

BIOS閃存芯片經曆了一個逐漸變大的過程。從1MB到2MB，再到8MB，現在很多服務器已經用上了64MB的Flash。閃存内部要也不再僅僅是BIOS了，還有别的小夥伴雜居其中。如果你對閃存芯片内容好奇，可以用UEFITool 打開BIOS Image：

一個BIOS Image例子

可以看到，Flash開頭是描述符Descriptor區域。裡面的結構是Intel定義的，有其他各個區塊的大小、位置和權限等信息，以及SoftStrap等等内容。BIOS的代碼和存儲隻是其中一個區域，盡管在很多情況下是最大的區域。

BIOS區域中如何劃分就是BIOS程序員自己做主了。一般被劃分成很多區域（FV），一些是存儲代碼，一些是存儲數據。存儲數據是利用了NOR Flash的非易失（NVM）特性，簡單來說就是掉電内容不丢失，這樣用戶的一些選項（setup options）才能長期存儲。盡管用在固态硬盤的NAND Flash和BIOS芯片NOR Flash在存儲原理上有很大不同，但一點卻是相似的，那就是數據可以從1變成0，但不能從0變成1：

想要從0變1，要經曆一個擦除操作，這就是閃存所以被稱為Flash的原因。而閃存的壽命是由能夠擦除多少次來決定的，在NAND Flash是這樣，在NOR Flash上也沒有不同：

NOR Flash可擦除次數更少

在所有影響壽命的地方，我們一定要精打細算，BIOS 芯片也不能例外，誰也不想用着用着，主闆忽然損壞了吧。這就要求BIOS在存儲數據的時候，不能采取原地擦除的策略，而隻是标記一下無效，在後期一次性擦除，延長Flash壽命。在NAND Flash裡面這個過程叫做GC（Garbage Collection），而在BIOS NOR上我們叫做Reclaim：

從圖中，我們看到會有内容搬來搬去和整理的動作，比較兩者，就會發現，有效數據一個個拍好了，十分整潔，為下一次的數據加入做好了充分的準備。這個搬遷的過程，不可避免的會将數據搬到内存，再從内存中移到目标塊，同學們有沒有想過，在搬的過程中，如果出現斷電，是不是主闆就變磚了？這就是圖中有Spare Block的原因，它起到緩存，在搬得過程中，保證數據永遠是可用的。它加上其他一些安全特性，就組成了UEFI BIOS存儲的基線：高容錯（Fault Tolerant）非易失存儲系統 -- UEFI Variable。我們在BIOS界面上可見和不可見的改動，都存儲在variable中。

說了這麼多原理，現在我們可以回答很多人關心的一個問題：如果我經常修改BIOS設置，會不會把BIOS寫壞了？

我們已知條件有哪些呢？

1.UEFI BIOS在設計的時候，已經采用算法規避大量的擦除操作，将擦除操作歸并，以增加閃存芯片壽命。

2. 不是每次BIOS啟動，都有數據需要保存的，大多數情況下啟動過程中沒有寫閃存操作。

那麼如果你是個電腦愛好者，又十分勤奮，每天重新啟動10次電腦，每次都更改BIOS配置，多久電腦會損壞？我們現在就這種腦洞情況進行一個有趣的計算。

假設你的電腦中BIOS UEFI Variable空間是64KB（台式機一般情況，服務器會大些），有一半的内容被固定配置占據，也就是還剩下32KB給BIOS開機設置項：Setup Variable用。不巧的是，主闆的BIOS配置又很多，多達要用4KB來保存（極端情況）！這樣每次開機會産生4KB的無效數據塊，32 / 4 = 8次開機就要Reclaim一次，也就是要擦除一次。主闆BIOS閃存芯片是上例中的W25Q64BV。在芯片手冊中（參考資料2），它的擦除次數是：

用它的最小擦除次數10萬計算，能用多久呢？很簡單的算式：

100000 /（10 / 8）= 80000天 = 219年！

那如果你對BIOS設置有着瘋狂的愛好，每天重啟100次，而每次又都修改BIOS設置呢？理論上，也能用上近22年！

UEFI BIOS已經做了很多優化，作為普通用戶，大家完全沒有必要擔心Flash寫壞。但也不是完全高枕無憂，BIOS業内人士還是要注意防止BIOS寫壞的情況發生。我曾經做過一個項目，後期要求做壓力測試，機器要在各種情況下（Shell，Windows，Linux）各要重啟4000次。我撥了一些闆子做這項壓力測試，這些闆子基本在不停的重啟中（自動測試驅動）。過了一段時間測試部門報告一個闆子壞了，燒不了BIOS了。我開始還不以為意，漸漸的，越來越多的壓力測試主闆都不能燒片了，這才引起我的注意，一計算才發現，好家夥，是程序的問題，險些引發大規模召回事件。原來為了快速啟動，内存初始化會保存内存training的參數，下次重啟就不需要再Training了，節省了很多時間。而這些參數很大，占據了48KB空間（Variable隻有64KB）。好死不死，盡管程序增加了邏輯，内容一樣，就不會重複存了，但程序員在參數裡面加入了時間戳，結果checksum每次不一樣，這樣每次重啟都要存，每存一次都要Reclaim。每次重啟需要10秒，一天可以重啟：

24 x 60 x 60 / 10 = 1.44萬次

而按照最小擦除次數10萬次計算，能用：

10/1.44= 7.14天！

怪不得慢慢地一個個都壞了呢！後來去掉了時間戳，才解決問題。

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