• 【有码】键盘过滤中关于IOAPIC重定位表的学习笔记

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）：

IOAPICVERIOAPIC VERSION REGISTER：

IOAPICVERIOAPIC VERSION REGISTER：

IOAPICARBIOAPIC 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：

代码:
#define IOAPIC_REGSEL_PHYSICAL_ADDRESS  0xfec00000
#define IOAPIC_WIN_PHYSICAL_ADDRESS  \
  IOAPIC_REGSEL_PHYSICAL_ADDRESS + 0x10
//根据中断描述表来定义个中断门的结构
typedef struct _INTGATE
{
  USHORT  OffsetLow;
  USHORT  Selector;
  UCHAR  Reserved;        //这个与是保留值,需要设置成NULL
  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：
代码:
NTSTATUS
InsertNewInterruptRoutine(PVOID pNewRoutine,PULONG pulInterruptVectorNumber)
{
  NTSTATUS ReturnStatus;
  ULONG ulInterruptVectorNumber;
  PVOID pInterruptTableAddress;
  PINTGATE pstNewIntGate;
  //检测参数的合法性
  if(!MmIsAddressValid(pNewRoutine))
    return STATUS_INVALID_PARAMETER;
  //获取idt表的地址
  ReturnStatus = GetIdtServiceTableAddress(&pInterruptTableAddress);
  if(!NT_SUCCESS(ReturnStatus))
    return ReturnStatus;
  //枚举idt表
  for(ulInterruptVectorNumber=1;ulInterruptVectorNumber<INT_VECTOR_MAX_COUNT+1;ulInterruptVectorNumber++)
  {
    //判断中断门是否已经存在
    if(!IsInterruptVectorExisted(pInterruptTableAddress,ulInterruptVectorNumber))
      break;
  }
  if(ulInterruptVectorNumber > INT_VECTOR_MAX_COUNT)
    return STATUS_UNSUCCESSFUL;
  //保存中断向量号
  *pulInterruptVectorNumber = ulInterruptVectorNumber;
  //填写中断门结构
  pstNewIntGate = &((PINTGATE)pInterruptTableAddress)[ulInterruptVectorNumber];
  pstNewIntGate->Reserved = NULL;
  pstNewIntGate->Selector = 8;      //在内核中的段选择子
  pstNewIntGate->Attributes = 0x80 | 0x08 | 0x06;
  pstNewIntGate->OffsetLow = (USHORT)pNewRoutine;
  pstNewIntGate->OffsetHigh = (USHORT)((ULONG)pNewRoutine >> sizeof(USHORT)*8);
  return STATUS_SUCCESS;
}


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


//获取IDT表的地址
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];                        //将指针移到段内偏移值上
    mov ebx,[pIdtServiceTableAddressPointer];
    mov eax,dword ptr [esi];
    mov dword ptr [ebx],eax;
    popfd;
    popad;
  }
  if(!(*(PULONG)pIdtServiceTableAddressPointer))              //如果获取失败的话，就返回不成功
    return STATUS_UNSUCCESSFUL;
  return STATUS_SUCCESS;
}

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

  编写一个总的调用函数：
代码:
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：
代码:
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                      //删除中断门
DeleteInterruptRoutine(ULONG ulInterruptVectorNumber)
{
  NTSTATUS ReturnStatus;
  PVOID pInterruptTableAddress;
  PINTGATE pstIntGate;
  //获取idt表的地址
  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！！

  • 标 题：答复
  • 作 者：stonerhes
  • 时 间：2011-06-10 19:51:51

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

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