Firmware是管理hardware的software，負責在hardware上電後運作起來管理hardware。

How to Request Hardware Service

• Firmware運行在hardware MCU (micro-controller unit) 或MPU (micro-processor unit)內部的CPU上
• Firmware在bare metal環境下運作，MCU/MPU上電後內部CPU固定執行的PC (program counter) 就是firmware開始擺放的address，所以hardware device一上電，MCU/MPU就會開始執行firmware。
  • 例如: SSD內部會有SSD controller，而SSD firmware會擺放在SSD controller CPU上電之後執行的PC，這樣SSD上電後SSD firmware就會開始執行
• Firmware會執行邏輯判斷，並且將依照邏輯判斷對hardware進行操作
  • 例如: 有資料要寫入SSD時，SSD firmware會負責找出有空位的flash，開始下指令把資料寫進flash
  • 例如: SSD firmware偵測到SSD已經空閒一段時間後，不需要外部指令就會開始定時自己執行垃圾收集(garbage collection，一種讓SSD讀寫效率更好的機制)工作，執行時會下指令給hardware對flash儲存的資料座移動、複製、刪除。

How to Service Hardware

• Firmware負責hardware與外部的溝通
  • Firmware對外溝通是透過hardware上的hardware interface: bus (匯流排)
  • Bus是依照protocol傳輸command與data的hardware interface ，使hardware之間可以互相交換資訊與驅動對方
    - Command: hardware發出command要求收到command的hardware做事情
    - Data: hardware之間交換的資料
• Firmware會藉由bus接收外部hardware對所在hardware發出的command與data，將command解讀完畢之後firmware依照command、data對hardware進行操作，完成後再透過bus回覆command被執行的結果
  • 例如: SSD對外部的bus介面是SATA (Serial Advanced Technology Attachment)。南橋晶片(Southbridge)對SSD讀取data的需求會透過SATA以SATA command的方式發送到SSD，SSD firmware收到SATA command並解讀之後得知SATA command需要的是哪一塊flash內存放的data，接著SSD firmware對SSD操作把對應flash存放的data讀出來再透過SATA回覆給Southbridge 。

Special cases

• BIOS是一種firmware，專門用來協助system開機時檢查hardware是否正常，並且尋找bootable device (可開機裝置)進行開機流程的一套firmware，但提供BIOS運作的CPU並不是專用的周邊hardware CPU，而是hardware platform的CPU本身。
• OpenSBI是一種對RISC-V SBI (RISC-V的CPU權限管理機制)進行實作的firmware，他會直接運作在hardware platform的CPU上。
• Computer system當中，有一些CPU周邊hardware的firmware會有自己的kernel，是一套獨立的小系統
  • 例如: Marvell Wi-Fi網路卡firmware就搭載了Thread-X的kernel