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[原创][有码]键盘过滤中关于IOAPIC重定位表的学习笔记
2011-6-10 18:09 15382

[原创][有码]键盘过滤中关于IOAPIC重定位表的学习笔记

2011-6-10 18:09
15382
技术原理:
  IOAPIC是可以用于多个核心CPU的新型中断控制器,可以通过编程来对其控制,可以理解为可编程硬件。根据《寒江独钓》的说明,目前不管是单核还是双核都拥有IOAPIC机制。
  对于IOAPIC的简单处理过程,我的理解如下(如果有错误,请路过的大牛一定要指正啊!!):

 
  其中,上面用黄色笔做了标记的就是这个技术的核心。
  因为硬中断IRQ最终都会交给中断处理程序进行,而Windows会根据中断向量号来转移到相应的中断处理程序。因此,就必然存在IRQ与中断向量号的映射关系。其实,Windows在初始化系统服务的时候就在IOAPIC中描述好这种映射关系了,注意我在上面画的图中,橙色标注的部分。
  所以,整个技术的核心就修改在IOAPIC中,已经填写好的中断向量号。这样也就要求我们事先应该在IDT中插入一个中断门。

如何访问IOAPIC:
  IOAPIC是通过读写其一系列的寄存器来实现编程控制的。根据《寒江独钓》提供的关于IOAPIC的Intel手册资料来看,要访问IOAPIC,不能直接使用它的内部寄存器,而是要通过2个内存映射寄存器来访问一个是IOREGSEL,一个是IOWIN。其中Intel手册的说明如下:

  这两个内存映射寄存器的描述如下:

  按照手册的说明是寄存器,但实际上是两个物理内存地址,而且是制定了格式的了,就是FEC0XY00H和FEC0XY10H,其中X,Y是自定义值,也指定了取值范围,就是X = 0-FH,Y = 0,4,8,CH。根据《寒江独钓》里的说明,Windows已经规定了,IOREGSEL:FEC00000H;IOWIN:FEC00010H。
  因为这里谈的都是真正的物理地址,是不能够直接访问的,在Windows下访问则需要对物理地址进行一个映射(实际上就是添加一个页表项来描述这个映射关系),在wdk中提供了一个这样的映射函数:
PVOID 
  MmMapIoSpace(
    IN PHYSICAL_ADDRESS  PhysicalAddress,
    IN SIZE_T  NumberOfBytes,
    IN MEMORY_CACHING_TYPE  CacheType
    );
  经过映射后,我们就可以对其进行操作了。

  首先是IOREGSEL映射寄存器。这个寄存器的作用是:让你指定要访问哪一个IOAPIC的内部寄存器。可以指定的内部寄存器有:

  IOREGSEL映射寄存器的描述符如下:

  可以看出只有低8位是有效位(在编程时候要注意的)。这里根据Intel手册的说明是,指定的是内部寄存器对应的地址偏移,为了方便理解,我们可以理解为编号,就是指定每个寄存器对应的编号。

  第二个是IOWIN映射寄存器。这个寄存器的作用的作用是:显示IOREGSEL指定的内部寄存器的内容,你可以读取或修改IOWIN这个映射寄存器的值,然后映射机制会修改真正的IOAPIC内部寄存器的值。

  IOAPIC的各内部寄存器对应的描述如下(一下资料均来自intel手册):

IOAPICVER—IOAPIC VERSION REGISTER:

IOAPICVER—IOAPIC VERSION REGISTER:

IOAPICARB—IOAPIC ARBITRATION REGISTER:


IOREDTBL[23:0]—I/O REDIRECTION TABLE REGISTERS:
  这就是重定向表,每个IRQ与中断向量号的映射关系就记录在里面的0~7这个位段,这个表是一个数组,24项,也就说明了为什么在《寒江独钓》中说是有24个可编程的IRQ。

每个IRQ描述项都是8个字节,64位,描述如下(其实无必要,只是作为资料):



所以,我们要做的就是将0~7这个位段修改成我们的预先插入的中断处理的向量号。

参考了上面资料后就开始编程:

  一些数据结构的定义:
#define IOAPIC_REGSEL_PHYSICAL_ADDRESS  0xfec00000
#define IOAPIC_WIN_PHYSICAL_ADDRESS  \
  IOAPIC_REGSEL_PHYSICAL_ADDRESS + 0x10
[COLOR="SeaGreen"]//根据中断描述表来定义个中断门的结构[/COLOR]
typedef struct _INTGATE
{
  USHORT  OffsetLow;
  USHORT  Selector;
  UCHAR  Reserved;        [COLOR="SeaGreen"]//这个与是保留值,需要设置成NULL[/COLOR]
  UCHAR  Attributes;
  USHORT  OffsetHigh;
}INTGATE,*PINTGATE;


  首先在IDT中插入一个中断处理(插入一个中断门),并返回一个所在的中断向量号:
NTSTATUS
InsertNewInterruptRoutine(PVOID pNewRoutine,PULONG pulInterruptVectorNumber)
{
  NTSTATUS ReturnStatus;
  ULONG ulInterruptVectorNumber;
  PVOID pInterruptTableAddress;
  PINTGATE pstNewIntGate;
  [COLOR="SeaGreen"]//检测参数的合法性[/COLOR]
  if(!MmIsAddressValid(pNewRoutine))
    return STATUS_INVALID_PARAMETER;
  [COLOR="SeaGreen"]//获取idt表的地址[/COLOR]
  ReturnStatus = GetIdtServiceTableAddress(&pInterruptTableAddress);
  if(!NT_SUCCESS(ReturnStatus))
    return ReturnStatus;
  [COLOR="SeaGreen"]//枚举idt表[/COLOR]
  for(ulInterruptVectorNumber=1;ulInterruptVectorNumber<INT_VECTOR_MAX_COUNT+1;ulInterruptVectorNumber++)
  {
    [COLOR="SeaGreen"]//判断中断门是否已经存在[/COLOR]
    if(!IsInterruptVectorExisted(pInterruptTableAddress,ulInterruptVectorNumber))
      break;
  }
  if(ulInterruptVectorNumber > INT_VECTOR_MAX_COUNT)
    return STATUS_UNSUCCESSFUL;
  [COLOR="SeaGreen"]//保存中断向量号[/COLOR]
  *pulInterruptVectorNumber = ulInterruptVectorNumber;
  [COLOR="SeaGreen"]//填写中断门结构[/COLOR]
  pstNewIntGate = &((PINTGATE)pInterruptTableAddress)[ulInterruptVectorNumber];
  pstNewIntGate->Reserved = NULL;
  pstNewIntGate->Selector = 8;      [COLOR="SeaGreen"]//在内核中的段选择子[/COLOR]
  pstNewIntGate->Attributes = 0x80 | 0x08 | 0x06;
  pstNewIntGate->OffsetLow = (USHORT)pNewRoutine;
  pstNewIntGate->OffsetHigh = (USHORT)((ULONG)pNewRoutine >> sizeof(USHORT)*8);
  return STATUS_SUCCESS;
}


BOOLEAN                  [COLOR="SeaGreen"]//判断中断门是否存在[/COLOR]
IsInterruptVectorExisted(PVOID pIdtAddress,ULONG ulInterruptVectorNumber)
{
  PINTGATE pstIntGate;
  [COLOR="YellowGreen"][COLOR="SeaGreen"]//检测idt地址是否有效[/COLOR][/COLOR]
  if(!MmIsAddressValid(pIdtAddress))
    return STATUS_INVALID_PARAMETER;
  pstIntGate = &((PINTGATE)pIdtAddress)[ulInterruptVectorNumber];
  [COLOR="SeaGreen"]//判断中断门的P位,也就是判断该调用们是否有效[/COLOR]
  if(pstIntGate->Attributes & 0x80)
    return TRUE;
  return FALSE;
}


[COLOR="SeaGreen"]//获取IDT表的地址[/COLOR]
NTSTATUS
GetIdtServiceTableAddress(PVOID pIdtServiceTableAddressPointer)
{
  USHORT wSelectorAndOffset[3];
  ULONG ulUshortSize;
  ulUshortSize = sizeof(USHORT);
  __asm
  {
    pushad;
    pushfd;
    sidt [wSelectorAndOffset];
    lea esi,dword ptr [wSelectorAndOffset];
    add esi,[ulUshortSize];                        [COLOR="SeaGreen"]//将指针移到段内偏移值上[/COLOR]
    mov ebx,[pIdtServiceTableAddressPointer];
    mov eax,dword ptr [esi];
    mov dword ptr [ebx],eax;
    popfd;
    popad;
  }
  if(!(*(PULONG)pIdtServiceTableAddressPointer))              [COLOR="SeaGreen"]//如果获取失败的话,就返回不成功[/COLOR]
    return STATUS_UNSUCCESSFUL;
  return STATUS_SUCCESS;
}


  然后就是修改IOAPIC的重定位表:
NTSTATUS
ChangeInterruptVectorNumber(ULONG ulIrqVectorNumber,ULONG ulNewNumber,PULONG pulPerviousNumber)
{
  PHYSICAL_ADDRESS TempPhysicalAddress;
  PUCHAR  pIoRegSelAddress;
  PULONG  pIoWinAddress;
  [COLOR="SeaGreen"]//检查指针地址是否合法[/COLOR]
  if(!MmIsAddressValid(pulPerviousNumber))
    return STATUS_INVALID_PARAMETER;
  RtlZeroMemory(&TempPhysicalAddress,sizeof(TempPhysicalAddress));
  TempPhysicalAddress.LowPart = IOAPIC_REGSEL_PHYSICAL_ADDRESS;
  pIoRegSelAddress = (PUCHAR)MmMapIoSpace(TempPhysicalAddress,0x10+sizeof(ULONG),MmNonCached);
  [COLOR="SeaGreen"]//如果映射失败的话,就返回[/COLOR]
  if(!MmIsAddressValid(pIoRegSelAddress))
    return STATUS_UNSUCCESSFUL
  pIoWinAddress = (PULONG)(pIoRegSelAddress + 0x10);          [COLOR="SeaGreen"]//IOWIN的映射地址[/COLOR]
  [COLOR="SeaGreen"]//指定获取IRQ1的项,参考intel手册[/COLOR]
  *pIoRegSelAddress = 0x10 + (UCHAR)ulIrqVectorNumber * sizeof(UCHAR)*2;
  [COLOR="SeaGreen"]//保存原来的向量号[/COLOR]
  __asm
  {
    mov eax,[pIoWinAddress];
    movzx eax,byte ptr [eax];
    push eax;
    mov eax,[pulPerviousNumber];
    pop dword ptr [eax];
  }
  [COLOR="SeaGreen"]//设置新的中断向量号[/COLOR]
  __asm
  {
    mov eax,[pIoWinAddress];
    mov ecx,[ulNewNumber];
    mov byte ptr [eax],cl;
  }
  [COLOR="SeaGreen"]//解除地址映射[/COLOR]
  MmUnmapIoSpace(pIoRegSelAddress,0x10+sizeof(ULONG));
  return STATUS_SUCCESS;
}


  编写一个总的调用函数:
NTSTATUS
HookIOAPIC(
  ULONG ulIrqVectorNumber,
  PVOID pNewRoutine,
  PULONG pulNewInterruptVectorNumber,
  PULONG pulPerviousVectorNumber
  )
{
  NTSTATUS ReturnStatus;
  ReturnStatus = InsertNewInterruptRoutine(pNewRoutine,pulNewInterruptVectorNumber);
  if(NT_SUCCESS(ReturnStatus))
  {
    ReturnStatus = ChangeInterruptVectorNumber(ulIrqVectorNumber,*pulNewInterruptVectorNumber,pulPerviousVectorNumber);
    if(!NT_SUCCESS(ReturnStatus)) DeleteInterruptRoutine(*pulNewInterruptVectorNumber);
  }
  return ReturnStatus;
}


  编写一个动态卸载时候的UNHOOK函数:
NTSTATUS
UnHookIOAPIC(ULONG ulIrqVectorNumber,ULONG ulCurrentInterruptVectorNumber,ULONG ulOldInterruptVectorNumber)
{
  NTSTATUS ReturnStatus;
  ULONG ulTempNumber;
  ReturnStatus = ChangeInterruptVectorNumber(ulIrqVectorNumber,ulOldInterruptVectorNumber,&ulTempNumber);
  if(NT_SUCCESS(ReturnStatus))
  {
    ReturnStatus = DeleteInterruptRoutine(ulCurrentInterruptVectorNumber);
  }
  return ReturnStatus;
}


NTSTATUS                      [COLOR="SeaGreen"]//删除中断门[/COLOR]
DeleteInterruptRoutine(ULONG ulInterruptVectorNumber)
{
  NTSTATUS ReturnStatus;
  PVOID pInterruptTableAddress;
  PINTGATE pstIntGate;
  [COLOR="SeaGreen"]//获取idt表的地址[/COLOR]
  ReturnStatus = GetIdtServiceTableAddress(&pInterruptTableAddress);
  if(!NT_SUCCESS(ReturnStatus))
    return ReturnStatus;
  pstIntGate = & ((PINTGATE)pInterruptTableAddress)[ulInterruptVectorNumber];
  if(!MmIsAddressValid(pstIntGate))
    return STATUS_INVALID_PARAMETER;
  RtlZeroMemory(pstIntGate,sizeof(INTGATE));
  pstIntGate->Selector = 8;
  return STATUS_SUCCESS;
}


写一点东西不容易啊,筋疲力尽了,希望对大家有那么一丁点的帮助!!

【看雪培训】《Adroid高级研修班》2022年夏季班招生中!

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qqjack 活跃值 1 2011-6-10 18:33
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虽然现在还没接触,但以后就说不定啦,谢谢楼主啦,收藏个
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方我爱你 活跃值 2011-6-10 18:39
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不错......................................
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PEBOSS 活跃值 2011-6-10 19:33
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代码非常好看,排版也不错啊
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zouzhiyong 活跃值 3 2011-6-10 19:37
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多谢,就为了让大家看得舒服点~
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stonerhes 活跃值 2011-6-10 19:51
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这么巧,我也在做这方面的工作,不过增加中断部分用的IoConnectInterrupt,还要考虑X64的部分。另外付Intel和AMD的芯片资料吧

。。。。AMD的传不上去。。。

给个名字大家去找吧:AMD-8111™ HyperTransport™ I/O Hub
上传的附件:
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zouzhiyong 活跃值 3 2011-6-10 19:59
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感谢stonerhes兄提供的资料,其实俺在《寒江独钓》的光盘中也找到这个资料,就是忘记了
上传,反倒AMD的资料就没有了~~,想问问,网上的那个向intel公司免费申请intel手册还有效吗?
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stonerhes 活跃值 2011-6-10 20:05
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AMD的有点大传不上去,Intel的手册貌似现在申请有点困难了
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zouzhiyong 活跃值 3 2011-6-10 20:13
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怪不得发了两封邮件都没有回应啦~~~
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butian 活跃值 2011-6-11 11:18
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good 学习!
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莫灰灰 活跃值 9 2011-6-27 21:26
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好文章, 有时间学习一下.
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水上心 活跃值 2011-8-19 17:29
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任何语言都无法表达我对君的敬佩和羡慕之情,都是多余的!已经到了五体投地,无以复加的程度。
读君之文,犹如醍醐灌顶,拨云见日。配以代码,更是游刃有余,得心应手。穷谢!!!!!
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水上心 活跃值 2011-8-19 17:31
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任何语言都无法表达我对君的敬佩和羡慕之情,都是多余的!已经到了五体投地,无以复加的程度。
读君之文,犹如醍醐灌顶,拨云见日。配以代码,更是游刃有余,得心应手。穷谢!!!!!
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竹君 活跃值 5 2011-8-19 18:19
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任何语言都无法表达我对君的敬佩和羡慕之情,都是多余的!已经到了五体投地,无以复加的程度。
读君之文,犹如醍醐灌顶,拨云见日。配以代码,更是游刃有余,得心应手
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freakish 活跃值 1 2011-8-20 14:50
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但是大家都没有说 为什么IRQ1对应的就是IOAPIC中的第二项啊,这个事CPU中固定的吗?就是说

IRQ0 -- > 重定位表中的第一项
IRQ1 -- > 重定位表中的第二项
.......

不知道是不是这样!然后大家就直接说了,键盘的中断请求为IRQ1,所以取的是 重定位表中的第二项
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hardwar 活跃值 2011-8-20 17:51
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关于键盘的端口可以通过io hook 转向, 就是usb 键盘在bios转向到port 64 60
另外对于多个cpu 每个都有apic ,
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