BIOS工程师手边事--SMM模式-优快云博客

一，SMM概念及特色

1,基本概念

SMM是Intel x86体系结构的一种CPU的执行模式。加上SMM，X86 CPU支持四种工作模式。分别是：实模式，保护模式，虚拟8086模式和SMM模式。SMM是一种特殊的工作模式，它不依赖于具体的操作系统，完全由固件来控制。

SMM模式只能通过系统管理中断SMI进入，并只能通过执行RSM指令退出。为了实现SMM，Intel在其CPU上新增了一个引脚SMI# Pin，当这个引脚上为低电平的时候，CPU会进入该模式。SMM处理程序在SMRAM的空间内运行。SMRAM起始地址由SMBASE寄存器指定。

2，SMM土特产

SMI中断是进入SMM模式的唯一手段。

RSM是唯一退出SMM的手段。

CPU在SMM中执行代码是在SMRAM中，与其它CPU模式隔绝。

进入SMM时，CPU会自动保存被中断的程序上下文环境。

在SMM模式中，所有OS的中断都被禁止。可以说，SMM的中断，不管是SMI# PIN，还是SMI Message都要比OS的中断优先级别高。

SMM是不可重入的，可以认为它们是绝对的公平民主和自由。

二，CPU模式切换

INTEL X86 CPU共有四种模式（PS：个人认为，虚拟X86模式不算是一个单独的执行模式）。另外三种模式可以随时进入SMM模式，当SMM模式中的HANDLE处理完后，会返回到其它三种模式。

图1，CPU模式切换

三，SMRAM

SMM执行环境会被限制在一个较小的范围内，即被称为SMRAM的区域。但它访问权限却无任何限制，所以如果要能成功开发SMM类的病毒，那么它的破坏力将是无比强大的。

在CPU刚上电时，SMRAM的基址是默认的，值为0x30000。BIOS运行的时候，可以将其值改写。改写的方法，是修改偏移FEF8H处的值。

图2，SMM布局

偏移8000H处，是我们代码的入口地址。Start of state Save Area是我们的状态存储区域，现在的CPU都是64位，它的偏移地址为FC00H。

下面，我们来看下神秘的State Save Area,这个是32位的，我没找到64位CPU的状态存储域。

图3，状态存储域

四，如何编程

对于OEM BIOS工程师来讲，SMM编程并不是一件困难的事。因为SMM程序的入口点，检测SMI中断类型，根据同类型链表找到符合要求的SMI HANDLE执行等等，这些一系列的锁事，INTEL已经帮我们做了。我们所要做的，就是确定我们的功能需要哪一类型的SMI，然后调用相应的SMI注册函数，将我们的SMI HANDLE挂到SMI中断链表中。

下面，我们看下SMM编程所用的寄存器有哪些：

图4，电源管理寄存器

SMI_STS寄存器一旦被置位，肯定有SMI中断产生。我们就可以根据这个寄存器判断是哪个类型的SMI。继而找出相应的SMI Handle执行。

我们看一个实例吧，看一下是怎么注册SMI Handle的。进入支持ACPI的操作系统时，OS会进入ACPI模式。OS不管底层硬件是怎么操作的，它只负责查询FADT表，找出SMI_CMD和ACPI_ENABLE这两个字段，然后执行outportb(SMI_CMD,ACPI_ENABLE)，进入ACPI模式的SMI HANDLE就会被执行，然后配置ACPI模式所需要的环境。

图5，注册ACPI SMI HANDLE图