bios 中断浅谈

BIOS中断浅析
作者：lincon
　　首先，我们介绍一下中断。中断大致可以分为四种类型:
　　中断类型 中断号 处理器 0--4h
　　硬件 8--F，70--77h
　　软件 大部分为int形式，例外:
　　　　　1)1Dh，1Eh，46h返回在ROM中驻留的硬件参数表格
　　　　　2）20--3Fh用于DOS
　　　　　3）5，10--1A，1D--1F，40，41，43，46h用于BIOS
　　用户 60--67，F1--FF 上表仅是一个粗略的说明，随着中断的发展，一些原先保留
的中断也有了确定的定义。现在所讲的BIOS中断意指中断0--1Fh。
　　中断程序的执行过程简单说来，即中断程序在中断向量表中查到中断地址后，保存
现场，跳到中断地址执行程序，结束后再恢复现场继续执行中断前的程序。我们调用中
断就与调用一个c程序一样方便。
　　BIOS固化于ROM中，是其他软件与硬件传递信息的桥梁。以应用的角度看，它的各个
中断程序是我们最感兴趣的。早在DOS时代，就有不少关于BIOS的介绍，那么到了Windo
ws纵横天下的时候，BIOS又有了什么变化和发展呢?下面我们将BIOS中断程序按编程的复
杂度由简单到复杂度选择进行分析。
。
　　(一)准备工作
　　一)开机后，BIOS中断程序驻留于内存F0000--FFFFF处，我们可先用DEBUG.EXE 将这
内存的内容复制成一个文件。例如:
　　C：/>debug.exe
　　-rbx
　　BX 0000
　　:1
　　-n bios.dat
　　-w f000:0
　　Writing 10000 bytes
　　-q
　　然后，我们再将内存0：0 --0：700处的内容复制下来。此处主要有中断向量表，所
用到的BIOS数据区和DOS数据区。为了方便查看，以文本形式保存。例如:先编写一个批
处理文件C.bat,其内容为:
　　@echo d 0:0 700 >temp
　　@echo q>>temp
　　type temp|debug.exe >bios.txt
　　将C.bat执行后,得到一个bios.txt文件。
　　二)熟悉DEBUG.EXE和PCTOOLS5.0 的用法。它们都是很老的软件了，但对付BIOS 还
是绰绰有余的（当然还有例外，下文将要讲到）。
　　三)准备一本汇编方面的书籍。上面一般附有BIOS 中断。虽然不太全，但可以作为
参考。如清华大学计算机系教材《IBM-PC汇编语言程序设计》。
　　四)那就是你必须具有相当熟练的汇编语言的知识，以及对硬件要有一定的了解，如
对8259A，8042 等计算机用到的硬件的端口要有比较清楚的认识，最少也得有一本这方
面的参考书，如我们就参考过《PC系列机系统开发与应用》，《微型计算机原理与汇编
语言》等十几本书籍。
　　(二)纵览全局
　　查看bios.txt ，地址0：0-0：700为中断0-1FH入口地址，如下图：
　　0000:0000 9E 0F C9 00 65 04 70 00-16 00 A4 08 65 04 70 00 ....e.p.....e.
p.
　　0000:0010 65 04 70 00 54 FF 00 F0-E2 47 00 F0 C8 E6 00 F0 e.p.T....G....
..
　　0000:0020 00 00 00 CC 28 00 A4 08-6F EF 00 F0 6F EF 00 F0 ....(...o...o.
..
　　0000:0030 6F EF 00 F0 6F EF 00 F0-9A 00 A4 08 65 04 70 00 o...o.......e.
p.
　　0000:0040 05 00 75 CC 4D F8 00 F0-41 F8 00 F0 E7 25 53 FD ..u.M...A....%
S.
　　0000:0050 39 E7 00 F0 40 02 13 02-2D 04 70 00 28 0A 5C 02 9...@...-.p.(.
\.
　　0000:0060 A4 E7 00 F0 2F 00 65 09-6E FE 00 F0 04 06 5C 02 ..../.e.n.....
\.
　　0000:0070 1D 00 00 CC A4 F0 00 F0-22 05 00 00 19 4E 00 C0 ........"....N
..
　　但其中有些地址已经被DOS 修改了。我们可打开bios.dat 查看原来的地址，用PCT
OOLS 打开bios.dat，按F2 ，键入127 ，在相对扇区 127 处，偏移E3-122 的地方查到
原来的地址。我们以大众MVP3主板（VP3-586B-WB77）上的 AWARD BIOS(日期:98年7月2
0日)（注：以下都将以此BIOS为例）为例看一看，如下图:
　　F000:FEE0 00 0F AA C8 E6 C8 E6 C3-E2 C8 E6 C8 E6 54 FF E2 .............T
..
　　F000:FEF0 47 C8 E6 A5 FE 87 E9 6F-EF 6F EF 6F EF 6F EF 57 G......o.o.o.o
.W
　　F000:FF00 EF 6F EF 65 F0 4D F8 41-F8 59 EC 39 E7 59 F8 2E .o.e.M.A.Y.9.Y
..
　　F000:FF10 E8 D2 EF A4 E7 F2 E6 6E-FE 53 FF 53 FF A4 F0 C7 .......n.S.S..
..
　　F000:FF20 EF 00 00 5E BB F3 EC 6F-EF 6F EF 6F EF FC F0 6F ...^...o.o.o..
.o
　　可以看到，确实与0：700处的地址有差别。在127 扇区的结尾处，可看到BIOS 的日
期及机子型号，如：
　　F000:FFF0 CD 19 E0 00 F0 30 37 2F-32 30 2F 39 38 00 FC AA .....07/20/98.
..
　　如果你用PCTOOLS 查看各扇区，还可发现一些在CMOS SETUP设置时遇到的提示信息
，如：
　　F000:0660 00 07 02 16 0B 39 0F 02-05 19 0D 53 41 56 45 20 .....9.....SAV
E
　　F000:0670 74 6F 20 43 4D 4F 53 20-61 6E 64 20 45 58 49 54 to CMOS and EX
IT
　　F000:0680 20 28 59 2F 4E 29 3F 20-00 07 02 16 0B 39 0F 02 (Y/N)? .....9.
.
　　F000:0690 05 1A 0D 51 75 69 74 20-57 69 74 68 6F 75 74 20 ...Quit Withou
t
　　F000:06A0 53 61 76 69 6E 67 20 28-59 2F 4E 29 3F 20 00 07 Saving (Y/N)?
..
　　(三)最简单的中断程序
　　为了提高自信心，我们先来看一看最简单的中断程序是怎样的。
　　INT 1B，1CH为提供给用户的软中断，即用户如果不对它们进行修改，则它们是仅有
一条IRET指令的程序。
　　INT 12H功能为检查基本内存容量。程序为
　　PUSH DS
　　MOV AX,40
　　MOV DS，AX
　　MOV AX，[13]
　　POP DS
　　IRET
　　查看地址0：413H的内容，为280H，即十进制的640K，这说明基本内存为640K。　
　　INT 0，1，3，4，7H 程序为：
　　E6C8：PUSH DS
　　PUSH AX
　　PUAH CX
　　MOV AX，40
　　MOV DS，AX
　　JMP EFBD
　　EFBD：MOV AH，FF
　　MOV [6B]，AH
　　POP CX
　　POP AX
　　POP DS
　　IRET
　　程序仅仅在地址0：46B处填入FF字节。我们知道，单步与断点两中断由DEBUG.EXE接
管和修改的，而其他则由DOS接管。故现在查看一下0:46B，已经不是FF了。
　　INT 11H的程序为：
　　JMP EE81
　　EE81：PUSH DS
　　MOV AX，40
　　MOV DS，AX
　　XOR EAX，EAX
　　MOV AX，[10]
　　POP DS
　　IRET
　　其中地址0：410H字为设备安装标志，意义为
　　低字节：7，6位：软驱数量（00：1台；01：2台；10：3台；11：4台）
　　5，4位：显示模式（01：40*25彩色；10：80*25彩色；11：80*25单色；00：上述以
外）
　　3，2位：无意义
　　1位：安装协处理器为1
　　0位：安装软驱为1
　　高字节：15，14位：并行口打印机数
　　13位：无意义
　　13位：安装游戏适配器为1
　　11-9位：串行口数
　　8位：保留
　　显然，这些中断并没有做很多工作。你是不是没想过BIOS程序也有如此简单呢：
　　（四）比较简单的中断程序
　　在这一节，我们将介绍INT 5H以及INT 8H。
　　INT 5H为打印屏幕中断，其编程思路很简单。程序先做好一些初始化工作，如检查
屏幕打印状态 ，以及通过INT 17H 检查打印机是否忙碌或纸尽。处理好以上过程后，就
开始打印了。打印调用了INT 17H，每调用一次打印一个字符。程序设计了一个二重循环
，内循环判断是否换行，外循环判断是否打印结束。就与一对FOR语句嵌套一样。
　　总的说来，这个程序并无多少可看之处。不过，我们认为程序中开，关中断指令设
置的巧极了，它们的位置恰好保护了应该不被中断执行的程序段，具有一些"互斥"意味
。此外，打印时还对一些特殊字符进行了过滤，以空格代之打印。
　　下面，介绍一下INT 8H--定时器中断程序。这里，我们感兴趣的是程序中涉及到了
时间。那么，它又是如何解决"千年虫"的问题的?原来，程序设置了一个子过程，它将年
代的高两位取出，判断是否为"19XX "，如果不是，则可认为是"20XX"年了;如果是，又
取出年代的高两位，判断是否小于"80"，如小于，认为到了2000 年，则将年代的高两位
标志改为"20"，如大于或等于，则认为仍在20世纪。
　　此外，该程序中还对CMOS 的70，71 端口进行了操作，操作中使用了两条相邻的跳
转指令JCXZ进行延时，以确保对端口的操作准确无误。程序的末尾，对8259A主片的20
端口进行了操作。指令为
　　MOV AL，20
　　OUT 20，AL
　　当用8259A来实现中断服务程序结束时(返回指令IRET 前)，必须给8259A 送一条EO
I命令(即AL第五位为 1)。8259A收到这条命令后，将中断服务寄存器ISR中的相应位清零
，然后才可为其他同优先级的中断源服务。
　　这个中断程序，完成了两个基本功能:计时和管理软磁盘驱动器的启动时间。每调用
一次此中断，时间就增加"一秒"(实际约为55毫秒)，当小时标志为18H时，还要判断"秒
"标志是否到了B0H，这是为了弥补其计时方法引起的误差所采取的措施。程序在修改“
计时器”后，还调用了INT 1CH ，紧接着又调用了两个仅包含一条IRET指令的子过程。
这有什么作用呢?似乎给我们提供了修改此中断的好方法。
　　总之，INT 8H是一个比较有意思的中断。由于程序不长，仅70 余行，有兴趣的读者
不妨将之反编译，完整的读一下。
　　（五）INT 18H --一个暗伏圈套的中断
　　当我们对BIOS进行反编译的时候，常常会碰到诸如DB 0F，DB 66等的语句，那么，
程序中出现这些语句又是什么意思呢？先前我们并没有很在意这些语句，仅仅简单的认
为它们是在修改BIOS中留下的无用语句(这可是一个可怕的错误)。然而，事实告诉我们
，这里隐藏着一个小秘密。让我们先来看一看这个程序。
　　程序首先设置了屏幕显示格式，然后调用了子过程（CALL EDA8）一次。如果我们以
U F000：EDA8翻译它们，则会显示如下语句。
　　EDA8：PUSH CX
　　PUSH BX
　　PUSH DS
　　PUSH CS
　　POP DS；DS=F000
　　XCHG BX，BX
　　NOP
　　EDB0：LODSB ；DS：SI=“PRESS A KEY TO REROOT ”，0D 0A 00...
　　OR AL，AL
　　EDB3：DB 0F
　　TEST AL，[DI]
　　ADD AH，CH
　　XOR AX，EB00
　　HLT
　　EDBC：POP DS
　　POP BX
　　POP CX
　　RET
　　而主程序为：
　　E7A4：MOV AX，40
　　MOV DS，AX
　　XOR AH，AH
　　MOV AL，[49]
　　INT 10
　　MOV SI，EA70
　　CALL EDA8 ；显示“PRESS A KEY TO REBOOT”
　　XOR AH，AH
　　INT 16 ；等待按下任一键
　　MOV WORD PTR [72]，1234；跳过存储器测试
　　JMP F470；跳向自检
　　如果你试读一下，会发现简直莫名其妙，子过程没法读懂。问题出在那呢？我们曾
经为此费劲脑筋，直到有一次，我们尝试着运行这个程序，才发现运行的过程与表面的
显示有所不同。最终的结论是，DEBUG给我们开了一个大玩笑----DEBUG不认得这是一条
高级指令！！！子过程EDB0处的DB 0F开始之处为一条高级指令。大家可以参阅INTEL奔
腾机的用户参考手册,它其实是JZ指令。真实的子过程为：
　　EDA8：PUSH CX
　　PUSH BX
　　PUSH DS
　　PUSH CS
　　POP DS
　　XCHG BX，BX
　　NOP
　　EDB0：LODSB
　　OR AL，AL
　　JZ EDBC
　　CALL EDEF
　　JMP EDB0
　　EDEF：PUSH AX
　　PUSH BX
　　MOV AH，0E
　　MOV BX，3 ；背景为黑色
　　INT 10 ；显示当前字符
　　POP BX
　　POP AX
　　RET
　　由于进行了JZ判断，所以程序进行了一个循环,从而显示了一个提示重新启动的字符
串--PRESS A KEY TO REBOOT。当然，如果你在WINDOWS下运行这个程序，将会得到一个
“程序异常结束”的警告，你可以将WINDOWS切换到MS_DOS模式下，执行这个程序将会重
启计算机。大家可以验证一下。
　　我们从这个程序得到什么启示呢？
　　1.不要被表面的现象所迷惑，不要想当然。
　　2.要有扎实的基础知识，只有这样才能发现错误，改正错误。
　　3.要多实践，不可死背书本。
摘自电脑报