Прошивка — программное обеспечение встроенных систем¶

Прошивка (англ. firmware) — вид программного обеспечения, записанный в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ, флеш-память) электронного устройства и обеспечивающий его базовое функционирование. В отличие от обычных программ, прошивка хранится не на накопителе, а непосредственно в чипе памяти на плате устройства и загружается процессором сразу при подаче питания. Типичные примеры — прошивки BIOS и UEFI персональных компьютеров, микроконтроллеров бытовой техники, роутеров, смартфонов, автомобильных блоков управления.

¶Происхождение термина

Слово «firmware» ввёл в оборот в 1967 году американский инженер Ари Асков (Ary Aaskov) из компании Intel. Термин отражал промежуточное положение такого ПО между «жёстким» аппаратным обеспечением (hardware) и «мягким» программным обеспечением (software): код аппаратно-независим, но физически связан с чипом. В русском языке закрепились как калька «прошивка», так и более точный перевод «встроенное программное обеспечение».

¶Устройство и принцип работы

Прошивка выполняет роль инициализации аппаратуры: проверяет работоспособность компонентов (процедура POST в BIOS), инициализирует контроллеры памяти и периферии, загружает операционную систему. В устройствах без полноценной ОС (микроконтроллеры, датчики, бытовая техника) прошивка является единственным программным слоем и управляет работой напрямую.

Физически прошивка размещается в энергонезависимой памяти — NOR- или NAND-флеш, иногда в масочном ПЗУ. Запись («прошивка» в глагольном смысле) выполняется через специальные интерфейсы: JTAG, ISP, USB-загрузчик, либо программно из работающей системы. Для защиты от случайной порчи многие микроконтроллеры содержат бит запрета записи.

¶Основные виды

¶Обновление прошивки

Обновление (перепрошивка) выполняется для исправления ошибок, повышения производительности, добавления функций или исправления уязвимостей. Существует два основных подхода:

• Официальные обновления — распространяются производителем через встроенное ПО устройства (OTA — «по воздуху») или утилиты на компьютере.
• Пользовательские (кастомные) прошивки — разрабатываются энтузиастами. Наиболее известные примеры: прошивки OpenWrt и DD-WRT для роутеров, LineageOS для смартфонов, кастомные прошивки для консолей.

Операция перепрошивки рискованна: прерывание процесса (например, из-за отключения питания) может привести к «окирпичиванию» устройства — полной потере работоспособности. Поэтому в устройствах применяют механизмы резервного копирования загрузчика и двухразрядные схемы (A/B-разделы), позволяющие откатиться на рабочую версию.

¶Прошивка и безопасность

Прошивка является привилегированным уровнем: вредоносная прошивка получает полный контроль над устройством и может оставаться незамеченной для антивируса. Известны случаи встраивания закладок в прошивки сетевого оборудования. В связи с этим в России действует требование предустановки сертифицированного ПО на ряд импортных устройств, а для критической инфраструктуры применяют отечественные прошивки и микропрограммы.

¶Прошивки в России

Российские разработки в области встроенного ПО включают:

• Astra Linux — ОС с собственным загрузчиком и компонентами инициализации, применяемая в госсекторе и на оборонных объектах.
• ЭЛЬБРУС — архитектура процессоров с собственной микропрограммной подсистемой.
• РОСА — дистрибутив Linux с отечественными компонентами загрузки.
• Прошивки микроконтроллеров на базе отечественных КМОП-микросхем для промышленной автоматизации.

¶Интересные факты

• В первых IBM PC (1981) BIOS занимал 8 КБ и был записан в четырёх чипах.
• Прошивка современного автомобильного ЭБУ содержит миллионы строк кода и управляется несколькими процессорами.
• Термин «прошивка» в русском языке стал нарицательным и применяется к любым действиям по записи ПО в устройство.

¶Источники

• ГОСТ Р 58172-2018. Информационные технологии. Программные средства встраиваемые.
• Справочник по архитектуре персональных компьютеров. — М.: Вильямс.
• Intel Corporation. Firmware and BIOS documentation.
• OpenWrt Project Documentation.