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1、在 BIOS中嵌入应用程序的方法及实现分类： 32位汇编语言2007-03-26 21:15 669人阅读 评论(0) 收藏 举报dos 汇编工具 stringmicrosoft 文本编辑介绍本文针对 Award 公司开发的计算机系统 BIOS 提出了一种嵌入应用程序的方法，其基本原理对别的品牌的 BIOS 也一样适用，仅需稍加修改。文中作者给出并讨论一个完整的例子程序，该程序已经通过实验验证。正文一. BIOS 简述这里所讲的 BIOS 是指计算机主板上的 BIOS，是整个计算机的关键和灵魂，计算机一启动就是执行 BIOS 程序，它负责加电自检，初始化计算系统，响应用户对系统配置的修改，记录
2、数据到 CMOS 中，将常驻程序库（Runtime Program）常驻于内存中，提供给系统和应用程序调用，经过一系列复杂操作后，最后将控制权转移给操作系统。一开始 BIOS 容量仅有 8K，随着计算机复杂程度的提高，以及即插即用、高级电源管理等方面的需要，再加上个别主板厂商添加的辅助功能，BIOS 容量迅速增大，目前通常主板上 BIOS 容量为256Kb，有些已经达到512Kb，这些 BIOS 中常常还会有几十 Kb 的剩余空间，而且由于 BIOS 多采用 FlashRom 作为存储芯片，便于修改，这就为我们在 BIOS 中嵌入自己的程序提供了便利。在 BIOS 中嵌入程序具有多方面的应用，
3、有些主板厂商在 BIOS 中嵌入杀毒程序，硬盘恢复精灵，超频工具等，提高了产品的竞争力；台湾威胜公司和 Elegent 公司联合开发出了嵌入在 BIOS 中的小型浏览器操作系统，整个 BIOS 大小仅有512Kb ，计算机无需硬盘即可上网冲浪；有些监控系统由于功能简单，完全可以把程序做到 BIOS 中，一开机就自动运行，既提高了可靠性，又降低了成本。另一方面，将病毒嵌入到 BIOS 中，一开机就常驻内存也完全可以做到。BIOS 代码虽短，但技术含量相当高，全世界仅有 AWARD、PHOENIX、 AMI、ACER 等几家公司有研发 BIOS 系统的能力（ AWARD 已被 PHOENIX 收购
4、） ，其他主板厂商有的是直接购买，有的也会在以上几家公司提供的平台上进行少量功能扩展。作为个别应用的场合，就要完全靠自己对 BIOS 进行改造。二. 嵌入程序的基础知识在进行工作前需要几个必备的工具，一个是 AWARD 公司的 BIOS 刷新工具 AwdFlash；另一个Award BIOS 察看修改工具 Cbrom；还有一个是 MicroSoft 的汇编工具 Masm6.11；最后是作者推荐的二进制文本编辑器 HexWorkshop，这些工具都可以从网上下载，下面假定读者已经熟练使用这些工具，具体操作步骤不再祥述。前面提到 BIOS 程序是存放在 FlashROM 芯片中的，实际上它是经过压
5、缩后再存放进去的，仅留下少量启动代码和解压缩程序保持原样，BIOS 的执行过程其实相当复杂，好在我们无需去了解其中的详细流程，但有一点应当清楚，BIOS 程序实际上也是采用的模块化设计思想，用 Cbrom 可以察看到 BIOS 中各个子模块的名称，性质，压缩率等信息，BIOS 在执行过程中会将这些模块解压缩到内存中，验证模块的合法性和正确性，如果满足条件，就会转到模块的入口处执行。这里面的详细机制和由来需要参考 PNPBIOS 协议、PNPISA 协议、PCI 总线协议和 EISA 总线协议，内容繁多，本文不拟做深入探讨。BIOS 中有一种模块是 ISA 模块，来源于 ISA 协议，由于 IS
6、A 协议属于早期的协议，内容相对简单，BIOS 对 ISA 模块的验证也较为简单，容易满足，我们可以将自己的程序做成 ISA 模块挂到 BIOS 中，这样机器一启动，我们的程序就会启动，而且我们程序的运行是先于操作系统的。三. 程序设计详细步骤1. 设计准备由于系统固有的限制，BIOS 中每个模块的大小不能超过64Kb ，这里是指没有压缩前的大小，这和 DOS 下 COM 程序的限制很相似，实际上我们在用 MASM6.11进行编程时的确采用是COM 程序的模板，由编译器生成 COM 文件。然而它又和一般的 COM 文件具有以下几点不同：1. 首先它有自己的堆栈段，堆栈大小默认为1K，而 COM
7、 文件的堆栈是在64K 之内的，默认是从段内偏移量0FFFEh 处开始。2. COM 文件一开始就是执行代码，而模块一开始是模块头，储存有与模块相关的信息。模块执行代码的入口点在模块中的某一处。3. COM 文件执行完后返回到操作系统，通常通过子功能号4ch 的中断 INT21h 返回到 DOS，而模块是远程调用返回，也就是说必须用 RETF 返回。4. ISA 模块最后一个字节是校验码，所有的字节相加必须为 0，BIOS 利用这点来验证一个ISA 模块的正确性。 COM 文件没有这点要求。5. COM 文件执行时是先被完整地复制到段内偏移量100h 处，然后再执行，而模块的段内偏移量不能确定
8、，有的模块会是0。所以涉及到段内偏移量的汇编指令，如 LEA、OFFSET要谨慎适用。下表是 ISA 模块头的格式，其中仅列出了几个最基本的相关字段，这是协议中的内容，我们在编写模块头时，需要严格遵循下表的格式：偏 移 长 度 值 说 明0h 1 55h 模块标签字节11h 1 AAh 模块标签字节22h 1 * 模块长度（以512字节为单位）3h 3 * 入口点，BIOS 对此位置做远调用，这里往往放一条跳转指令6h19h 20 * 保留表一 模块头格式通常一个 BIOS 嵌入程序设计的基本流程如下，每一步都很关键，有必要给出详细说明：1. 首先用汇编编写 DOS 下的 COM 程序，必须注
9、意到程序是先于操作系统执行的，所以程序中不能调用任何 DOS 的中断服务。为了程序转化方便，也不要用.code，.startup 等汇编伪指令，尽量采用早期的汇编编写方式，争取对整个程序结构的完全控制。2. 调试通过后，在 COM 文件前加上文件头，改变返回指令为 RETF，控制文件大小为 512字节的整数倍，重新编译生成 COM 文件。3. 在 HexWorkshop 中调入刚生成的 COM 文件，利用其中的 checksum 工具生成文件的校验码，用100h 减去该8位校验码后填入文件最后一个字节。再次生成文件的校验码，确认为零。4. 用 Cbrom 将文件作为 ISA 模块嵌入到 BIO
10、S 中，在本文中的操作为 “Cbrom save.bin/isa ”，其中 save.bin 是事先用 AwdFlash 备份的 BIOS 文件。注意反复操作时，要先将前一个给释放掉，操作为“Cbrom save.bin/isa release”。5. 用 AwdFlash 将新的 BIOS 文件烧录到 FlashROM 中。重起计算机，检验程序。进行以上实验前，最好自备编程器，万一计算机不能正常启动，也可以重新恢复 BIOS，如果可以用本身具有双 BIOS 保护功能的计算机进行实验则更加保险。下面设计两个简单的 Hello 程序，分别采用了两种不同的方式，两个程序都是在屏幕上显示一行字“He
11、llo！ Press F1 to continue”，当按下 F1功能键后，程序退出，计算机继续启动。2. Hello 程序一下面给出的源代码是在上面流程2中的文件，所以已经添加了文件头，编译后生成的 COM文件是不能在 DOS 下执行的，请读者务必注意。另外由于程序功能简单，所以在这里文件大小限制为512字节，对不同规模的程序，会有一些小小的变动。程序中所有的中断调用都是 BIOS 中断服务调用，具体调用规则不做详细说明，请读者查阅有关资料。；Hello 源程序一code segmentassume cs:code,ds:codestart:signature db 55h,0aahcoml
12、ength db 01h ；文件长512字节jmp near ptr begin0reserved db 20 dup(?)begin0:mov di,25mov ah,2mov bh,0mov dx,dimov dh,10 ；将光标移至屏幕int 10h ；10 行25列处mov si,offset string；在 DOS 下调试时应在这里添加 add si,100hshowstr:mov ah,9mov al,siand al,0ffhjz kbinputmov bh,0mov bl,0DAhmov cx,1int 10h,mov ah,2mov bh,0inc dimov dx,dim
13、ov dh,10int 10hjmp showstr ；输出字符串kbinput:mov ah,0int 16hcmp ah,3bh ；接受键盘输入jne kbinput ；按 F1往下执行mov ax，0 ；返回参数retf ；远程调用返回string db Hello! Press F1 to continue.,00h ；00h 标志字符串结束org 511 ；文件末尾checksum db ？code endsend start将上述程序烧入 BIOS 中运行时，在第一屏信息显示过后，会在第二屏正中央显示一条红底白字的信息，提示按 F1键继续，按 F1键后，BIOS 继续下面的启动步骤
14、。显示第三屏启动信息，即原先的第二屏信息，最后加载操作系统。以上程序假定了 BIOS 会将模块解压至段首运行，事实也确是如此，但由于没查到相关资料，目前还不能肯定总会如此。这一点将在下一个 Hello 程序中有所改进。3. Hello 程序二Hello 程序一在 BIOS 没有初始化完全的时候即进入运行，所以对程序功能有更多限制，有些 BIOS 中断服务还不具备，任何对这些服务的调用都会产生意想不到的结果。考虑到 BIOS 在加载操作系统时实际上是用的 INT 19h，Hello 程序二就利用挂钩19h 中断的方法抢在操作系统之前，BIOS 初始化之后运行，这样就可以完整地利用整个计算机系统的所有资源了。另外必须指出的是，模块本身有责任保持整个模块的校验和为零，也就是说，ISA 模块进驻内存中后就不能卸出，BIOS 会在模块返回后检查整个模块的检验和，判断模块的正确性，如果错误，则会死机。模块在初始运行时可以更改自己段内的数据，而在 BIOS 初始化完毕后，模块就不能再有改变自身数据的操作。；Hello 源程序二.model tiny.386code segmentassume cs:code,ds:codestart:signature db 55h,0aahcomlength db 01h ；文件长512字节jmp
