【UEFI系列】SMI系统管理中断

文章目录

• 一、SMI的介绍
• 二、SMI的作用
• • SMI作用
  • 如何触发SMI
• 三、SMM状态的进入和退出
• • 1.SMM状态的进入和退出
  • 2.CPU的其他状态和SMM状态之间的转换
• 四、SMI执行程序处理过程
• 五、SMI action in Bios
• 六、SMI相关的实际EDKII代码

一、SMI的介绍

Sytem Management Interrupt，系统管理中断。 打个比方，工作的时候，突然打来一个电话，这个时候你停下手中所有的事去接电话，电话打完了再回来继续工作，打电话这个过程就相当于SMI。

关于SMI和SMM（system management mode）： SMI发出后，CPU进入SMM状态。 SMM是intel引入x86的一种CPU的执行模式，只能通过SMI进入，并只能通过执行RSM指令退出。 SMM driver，SMM模式下的执行的程序，由bios实现，code里会写入。

SMRAM：Sytem Management RAM。 内存中的一段区域，所有的SMM driver在SMRAM中运行，非SMM下SMRAM不可访问。

二、SMI的作用

SMI作用

比如某些刷写bios的工具使用SMI实现刷写工作。CPU进入SMM模式后，鼠标和键盘都是不能动的，此时其他的中断都不可切断进程，直到退出SMM。就算再来一个SMI也要等这个SMI处理完退出SMM、再触发SMI进入SMM。

比如os下输入sleep number=3的睡眠模式，会触发SMI去做一些电源管理的功能：内存不断电。

如何触发SMI

进入SMM的唯一途径是产生SMI信号。 这个信号会通过CPU的SMI pin脚产生，或者CPU从APIC bus上收到SMI message。

三、SMM状态的进入和退出

1.SMM状态的进入和退出

• SMM状态的进入和退出过程

和interrupt的处理类似，但有些不同，SMI产生后，在进入SMM的时候，CPU保存了中断程序的上下文（状态、数据）到SMRAM中。 CPU跳转到SMRAM SmiHandler，执行完毕后，rsm指令执行，CPU restore context，原来的程序继续执行。

• SMM状态的特点

SMM状态下所有中断和SMI被屏蔽，SMI处理程序不可重入（还没执行完之前不能跳去执行其他的SMI）。 SMI的优先级比exception和中断的优先级高。如果NMI、可屏蔽硬件中断、调试指令和SMI同时向CPU发送信号，只有SMI会被处理。

0x40-0xFE是逻辑设备的配置，分配资源和进行管理。

2.CPU的其他状态和SMM状态之间的转换

SMI信号产生后，不管CPU是实模式、保护模式还是虚拟8086模式，都会导致CPU切换到SMM状态。 执行指令RSM后，CPU回到进入SMM模式之前的那个模式。

四、SMI执行程序处理过程

内存地址空间中的某两段：CPU正在执行的程序、SMRAM。 SMI产生后，CPU从当前地址跳出，立马进入到SMRAM里去，入口地址为：SMRAM起始地址(SMBase)+8000H。 SMI的程序执行完之后，CPU再通过rsm指令退出SMM，回到原先的内存地址中去。

• SMRAM usage

当CPU在SMM里的时候，cpu执行代码实在SMRAM空间里，SMBase默认地址在30000H。 较早的bios，post过程中SMBase被设定为位于A000:0或B000:0，这个区域原本用于decode到video buffer地址，进SMI的时候，硬件会将这个地址切换到真实的内存区域，现在BIOS一般将SMBase设定为在Tseg区域，由CPU或北桥MCH控制。 SMRAM空间映射到CPU的物理地址空间，CPU使用这个空间来保存进入SMI之前CPU的上下文和存储SMI的处理程序代码、数据和堆栈。它也可以用来存储SMmessage（比如系统配置和关闭设备的具体信息）等。

五、SMI action in Bios

• SMRAM usage

由Bios实现。 寻址空间0~4G。 无特权级别，类似big real mode，不存在任何权限级别或地址映射。 进SMM后，CPU的通用寄存器的值不确定，其它段寄存器等被初始化为特定值。 可以执行所有指令比如IO读写，但是CPU指令只在SMRAM内执行。

• Bios中SMI程序作用

flash操作，读、写、擦除，获取flash信息。 get/set smbios information。 USB driver的实现。 kbc emulation，键盘的模拟。 实现某些类似timer的功能，比如RTC。 error logging。 其它等，比如电源管理的s3、s4的实现调用smi。

• SMI程序作用，举例

六、SMI相关的实际EDKII代码

UEFI规定了归于SMI的EFI_SMM_BASE2_PROTOCOL：

struct _EFI_SMM_BASE2_PROTOCOL {
EFI_SMM_INSIDE_OUT2 InSmm;
EFI_SMM_GET_SMST_LOCATION2 GetSmstLocation;
};

InSmm：这个server提供的是这个driver是否运行在SMM初始化的阶段。是的话返回成功，失败的话返回NULL。

GetSmstLocation：这个函数是locate到system management service table（SMST），SMST有单独的smmallocatepool、smminstallprotocol、smmlocateprotocol函数等，SMM不能调用之前外部的protocol。

• SMM child dispatch protocol

SMM触发代码，在inf类型为DXE_SMM_DRIVER里的c文件里执行。

代码里先调用InSmm确保当前处在smm init阶段，如果是的话才往下执行。

EFI_STATUS Status;
BOOLEAN InSmm;
EFI_SMM_BASE2_PROTOCOL *SmmBase2;
EFI_SMM_SYSTEM_TABLE2 *mBootScriptSmst = NULL;

gBS->LocateProtocol (&gEfiSmmBase2ProtocolGuid, NULL, (VOID **)&SmmBase2);
Status = SmmBase2->InSmm (SmmBase2, &InSmm);
if (EFI_ERROR (Status)|(!InSmm)) {
return RETURN_SUCCESS;
}

Status = SmmBase2->GetSmstLocation (SmmBase2, &mBootScriptSmst);

e.g.要用EFI_SMM_SW_DISPATCH2_PROTOCOL进行软件触发的注册，对应的inf的protocol里包含：

[Protocols]
gEfiSmmSwDispatch2ProtocolGuid

//我自己定义成9，触发smi（软件触发，写Sample_number到B2）后写8到80口
#define Sample_number 9

EFI_STATUS
EFIAPI
MyCallback(
IN EFI_HANDLE DispatchHandle,
IN CONST VOID *Context,
IN OUT VOID *CommBuffer,
IN OUT UINTN *CommBufferSize
)
{
IoWrite8(0x80,Sample_number);
return EFI_SUCCESS;
}

EFI_STATUS
SwSample (
VOID
)
{
EFI_SMM_SW_DISPATCH2_PROTOCOL *SwDispatch;
EFI_SMM_SW_REGISTER_CONTEXT SwContext;
EFI_HANDLE SwHandle;
EFI_STATUS Status;

Status = gSmst->SmmLocateProtocol (&gEfiSmmSwDispatch2ProtocolGuid, NULL, (VOID **)&SwDispatch);
ASSERT_EFI_ERROR (Status);
SwContext.SwSmiInputValue = Sample_number; //具体数值自己定义，这是要写到B2口的数值
Status = SwDispatch->Register (SwDispatch, MyCallback, &SwContext, &SwHandle); //MyCallback是调用的函数

e.g.要用EFI_SMM_SX_DISPATCH2_PROTOCOL进行sleep触发，对应的inf的protocol里包含：

[Protocols]
gEfiSmmSxDispatch2ProtocolGuid

EFI_STATUS
EFIAPI
SmmS3EntryCallBack(
IN EFI_HANDLE DispatchHandle,
IN CONST VOID *Context OPTIONAL,
IN OUT VOID *CommBuffer OPTIONAL,
IN OUT UINTN *CommBufferSize OPTIONAL
)
{
mDuringS3Resume = TRUE; //自己写
return EFI_SUCCESS;
}

EFI_STATUS
SxSample (
VOID
)
{
EFI_SMM_SX_DISPATCH2_PROTOCOL *SxDispatch;
EFI_SMM_SX_REGISTER_CONTEXT EntryRegisterContext;
EFI_HANDLE S3EntryHandle;
EFI_STATUS Status;

Status = gSmst->SmmLocateProtocol (
&gEfiSmmSxDispatch2ProtocolGuid,
NULL,
(VOID **)&SxDispatch //一会儿要用来register的
);
ASSERT_EFI_ERROR (Status);
EntryRegisterContext.Type = SxS3; //S3阶段
EntryRegisterContext.Phase = SxEntry; //进入的时候
Status = SxDispatch->Register (
SxDispatch,
SmmS3EntryCallBack, //我们定义的callback函数
&EntryRegisterContext,
&S3EntryHandle
);