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@Aqua-218(Aqua)inデジタル創作サークルUniProject

BIOSは死んだ、UEFIの時代だ Part3

Last updated at Posted at 2025-12-10

UEFI完全入門シリーズ
Part1【環境構築】 | Part2【GOP】 | Part3【ファイル読み込み】| Part4【メモリマップ】| Part5【カーネルロード】

はじめに

前回はGOPでグラフィックスを描画しました。

今回は Simple File System Protocol を使って、ディスクからファイルを読み込みます。

ブートローダーの最も重要な仕事は「カーネルをロードすること」。そのためにはファイルシステムへのアクセスが必須です。

Simple File System Protocol

UEFIのファイルシステムアクセスは2つのプロトコルで構成されています：

  1. EFI_SIMPLE_FILE_SYSTEM_PROTOCOL - ボリュームを開く
  2. EFI_FILE_PROTOCOL - ファイル/ディレクトリ操作

アクセスの流れ

ImageHandle
    ↓ HandleProtocol (LOADED_IMAGE_PROTOCOL_GUID)
LoadedImage->DeviceHandle
    ↓ HandleProtocol (SIMPLE_FILE_SYSTEM_PROTOCOL_GUID)
FileSystem
    ↓ OpenVolume()
Root (EFI_FILE_PROTOCOL)
    ↓ Open()
File (EFI_FILE_PROTOCOL)

実装

必要なGUID

EFI_GUID LoadedImageProtocolGuid = EFI_LOADED_IMAGE_PROTOCOL_GUID;
EFI_GUID SimpleFileSystemProtocolGuid = EFI_SIMPLE_FILE_SYSTEM_PROTOCOL_GUID;
EFI_GUID FileInfoGuid = EFI_FILE_INFO_ID;

ファイルシステムを取得

// 1. LoadedImage Protocolを取得
EFI_LOADED_IMAGE_PROTOCOL *LoadedImage;
Status = uefi_call_wrapper(
    BS->HandleProtocol, 3,
    ImageHandle,
    &LoadedImageProtocolGuid,
    (VOID **)&LoadedImage
);

// 2. ファイルシステムプロトコルを取得
EFI_SIMPLE_FILE_SYSTEM_PROTOCOL *FileSystem;
Status = uefi_call_wrapper(
    BS->HandleProtocol, 3,
    LoadedImage->DeviceHandle,
    &SimpleFileSystemProtocolGuid,
    (VOID **)&FileSystem
);

// 3. ルートディレクトリを開く
EFI_FILE_PROTOCOL *Root;
Status = uefi_call_wrapper(
    FileSystem->OpenVolume, 2,
    FileSystem,
    &Root
);

LoadedImage->DeviceHandle は、このブートローダーが起動されたデバイス（ESPがあるディスク）を指します。

実行結果

=== Simple File System Protocol Demo ===

LoadedImage obtained
  ImageBase: 0x6155000
  ImageSize: 69632 bytes

FileSystem protocol obtained

Root directory opened

Files in root directory:
  [DIR]  EFI
  [FILE] NvVars (11741 bytes)

ImageBaseとImageSizeは、現在実行中のUEFIアプリケーション自身のメモリ上の位置とサイズです。

ディレクトリの読み取り

EFI_FILE_PROTOCOL->Read() でディレクトリの内容を列挙できます。

UINT8 Buffer[512];
UINTN BufferSize;

while (1) {
    BufferSize = sizeof(Buffer);
    Status = uefi_call_wrapper(
        Root->Read, 3,
        Root,
        &BufferSize,
        Buffer
    );
    
    if (EFI_ERROR(Status) || BufferSize == 0) {
        break;  // エントリがなくなった
    }
    
    EFI_FILE_INFO *FileInfo = (EFI_FILE_INFO *)Buffer;
    
    if (FileInfo->Attribute & EFI_FILE_DIRECTORY) {
        Print(L"  [DIR]  %s\n", FileInfo->FileName);
    } else {
        Print(L"  [FILE] %s (%d bytes)\n", 
              FileInfo->FileName, 
              FileInfo->FileSize);
    }
}

EFI_FILE_INFO構造体

typedef struct {
    UINT64 Size;           // この構造体のサイズ
    UINT64 FileSize;       // ファイルサイズ
    UINT64 PhysicalSize;   // 物理サイズ（クラスタ境界）
    EFI_TIME CreateTime;   // 作成日時
    EFI_TIME LastAccessTime;
    EFI_TIME ModificationTime;
    UINT64 Attribute;      // ファイル属性
    CHAR16 FileName[];     // ファイル名（可変長）
} EFI_FILE_INFO;

ファイルの作成と書き込み

ファイルを作成

EFI_FILE_PROTOCOL *File;

Status = uefi_call_wrapper(
    Root->Open, 5,
    Root,
    &File,
    L"test.txt",
    EFI_FILE_MODE_READ | EFI_FILE_MODE_WRITE | EFI_FILE_MODE_CREATE,
    0  // 属性（0 = 通常ファイル）
);

ファイルモード

フラグ 値 説明
EFI_FILE_MODE_READ 0x01 読み取り
EFI_FILE_MODE_WRITE 0x02 書き込み
EFI_FILE_MODE_CREATE 0x8000000000000000 存在しなければ作成

ファイルに書き込み

CHAR8 TestData[] = "Hello from UEFI!\nThis is a test file.\n";
UINTN DataSize = sizeof(TestData) - 1;  // NULL終端を除く

Status = uefi_call_wrapper(
    File->Write, 3,
    File,
    &DataSize,
    TestData
);

Print(L"Written %d bytes to test.txt\n", DataSize);

// ファイルを閉じる
uefi_call_wrapper(File->Close, 1, File);

実行結果：

--- Creating test file ---
Written 38 bytes to test.txt

ファイルの読み込み

ファイルを開く

Status = uefi_call_wrapper(
    Root->Open, 5,
    Root,
    &File,
    L"test.txt",
    EFI_FILE_MODE_READ,
    0
);

ファイルサイズを取得

EFI_FILE_INFO *Info;
UINT8 InfoBuffer[256];
UINTN InfoSize = sizeof(InfoBuffer);

Status = uefi_call_wrapper(
    File->GetInfo, 4,
    File,
    &FileInfoGuid,
    &InfoSize,
    InfoBuffer
);

Info = (EFI_FILE_INFO *)InfoBuffer;
Print(L"File size: %d bytes\n", Info->FileSize);

ファイル内容を読み込み

CHAR8 ReadBuffer[256];
UINTN ReadSize = sizeof(ReadBuffer) - 1;

Status = uefi_call_wrapper(
    File->Read, 3,
    File,
    &ReadSize,
    ReadBuffer
);

ReadBuffer[ReadSize] = '\0';
Print(L"Content: %a\n", ReadBuffer);  // %a は ASCII文字列用

uefi_call_wrapper(File->Close, 1, File);

実行結果：

--- Reading test file ---
File size: 38 bytes
Content: Hello from UEFI!
This is a test file.

完全なサンプルコード

#include <efi.h>
#include <efilib.h>

EFI_GUID LoadedImageProtocolGuid = EFI_LOADED_IMAGE_PROTOCOL_GUID;
EFI_GUID SimpleFileSystemProtocolGuid = EFI_SIMPLE_FILE_SYSTEM_PROTOCOL_GUID;
EFI_GUID FileInfoGuid = EFI_FILE_INFO_ID;

EFI_STATUS
EFIAPI
efi_main(EFI_HANDLE ImageHandle, EFI_SYSTEM_TABLE *SystemTable)
{
    EFI_STATUS Status;
    EFI_LOADED_IMAGE_PROTOCOL *LoadedImage;
    EFI_SIMPLE_FILE_SYSTEM_PROTOCOL *FileSystem;
    EFI_FILE_PROTOCOL *Root;
    EFI_FILE_PROTOCOL *File;
    
    InitializeLib(ImageHandle, SystemTable);
    ST->ConOut->ClearScreen(ST->ConOut);
    
    Print(L"=== Simple File System Protocol Demo ===\n\n");
    
    // LoadedImage Protocol
    Status = uefi_call_wrapper(
        BS->HandleProtocol, 3,
        ImageHandle, &LoadedImageProtocolGuid, (VOID **)&LoadedImage
    );
    if (EFI_ERROR(Status)) {
        Print(L"ERROR: Failed to get LoadedImage: %r\n", Status);
        goto done;
    }
    
    Print(L"LoadedImage obtained\n");
    Print(L"  ImageBase: 0x%lx\n", LoadedImage->ImageBase);
    Print(L"  ImageSize: %d bytes\n\n", LoadedImage->ImageSize);
    
    // FileSystem Protocol
    Status = uefi_call_wrapper(
        BS->HandleProtocol, 3,
        LoadedImage->DeviceHandle,
        &SimpleFileSystemProtocolGuid, (VOID **)&FileSystem
    );
    if (EFI_ERROR(Status)) {
        Print(L"ERROR: Failed to get FileSystem: %r\n", Status);
        goto done;
    }
    
    // Root Directory
    Status = uefi_call_wrapper(
        FileSystem->OpenVolume, 2, FileSystem, &Root
    );
    if (EFI_ERROR(Status)) {
        Print(L"ERROR: Failed to open root: %r\n", Status);
        goto done;
    }
    
    // ディレクトリを列挙
    Print(L"Files in root directory:\n");
    UINT8 Buffer[512];
    UINTN BufferSize;
    
    while (1) {
        BufferSize = sizeof(Buffer);
        Status = uefi_call_wrapper(Root->Read, 3, Root, &BufferSize, Buffer);
        if (EFI_ERROR(Status) || BufferSize == 0) break;
        
        EFI_FILE_INFO *FileInfo = (EFI_FILE_INFO *)Buffer;
        if (FileInfo->Attribute & EFI_FILE_DIRECTORY) {
            Print(L"  [DIR]  %s\n", FileInfo->FileName);
        } else {
            Print(L"  [FILE] %s (%d bytes)\n", 
                  FileInfo->FileName, FileInfo->FileSize);
        }
    }
    
    // ファイルを作成して書き込み
    uefi_call_wrapper(Root->Close, 1, Root);
    uefi_call_wrapper(FileSystem->OpenVolume, 2, FileSystem, &Root);
    
    Print(L"\n--- Creating test file ---\n");
    Status = uefi_call_wrapper(
        Root->Open, 5, Root, &File, L"test.txt",
        EFI_FILE_MODE_READ | EFI_FILE_MODE_WRITE | EFI_FILE_MODE_CREATE, 0
    );
    
    if (!EFI_ERROR(Status)) {
        CHAR8 TestData[] = "Hello from UEFI!\nThis is a test file.\n";
        UINTN DataSize = sizeof(TestData) - 1;
        uefi_call_wrapper(File->Write, 3, File, &DataSize, TestData);
        Print(L"Written %d bytes to test.txt\n", DataSize);
        uefi_call_wrapper(File->Close, 1, File);
    }
    
    // ファイルを読み込み
    Print(L"\n--- Reading test file ---\n");
    Status = uefi_call_wrapper(
        Root->Open, 5, Root, &File, L"test.txt", EFI_FILE_MODE_READ, 0
    );
    
    if (!EFI_ERROR(Status)) {
        CHAR8 ReadBuffer[256];
        UINTN ReadSize = sizeof(ReadBuffer) - 1;
        uefi_call_wrapper(File->Read, 3, File, &ReadSize, ReadBuffer);
        ReadBuffer[ReadSize] = '\0';
        Print(L"Content: %a\n", ReadBuffer);
        uefi_call_wrapper(File->Close, 1, File);
    }
    
    uefi_call_wrapper(Root->Close, 1, Root);
    
done:
    Print(L"\nPress any key to exit...\n");
    UINTN Index;
    uefi_call_wrapper(BS->WaitForEvent, 3, 1, &ST->ConIn->WaitForKey, &Index);
    return EFI_SUCCESS;
}

EFI_FILE_PROTOCOLの主要関数

関数 説明
Open ファイル/ディレクトリを開く
Close ファイルを閉じる
Delete ファイルを削除
Read 読み込み
Write 書き込み
GetPosition 読み書き位置を取得
SetPosition 読み書き位置を設定
GetInfo ファイル情報を取得
SetInfo ファイル情報を設定
Flush バッファをフラッシュ

ファイルパスについて

UEFIでは、パス区切りにバックスラッシュ \ を使用します（Windowsと同じ）。

// サブディレクトリのファイルを開く
Root->Open(Root, &File, L"\\EFI\\BOOT\\config.txt", EFI_FILE_MODE_READ, 0);

ルートからの相対パスとして指定します。

まとめ

今回学んだこと：

  1. Simple File System Protocol でボリュームにアクセス
  2. EFI_FILE_PROTOCOL でファイル/ディレクトリを操作
  3. ディレクトリの列挙 - Read() で EFI_FILE_INFO を取得
  4. ファイルの作成と書き込み - Open() + Write()
  5. ファイルの読み込み - Open() + Read()

次回はメモリマップを取得して、カーネルをロードするためのメモリ管理を学びます。ExitBootServices()を呼んでOSに制御を移すまであと少し！

参考資料

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