64位驱动中加入汇编代码

时间：2024-05-20 08:51:42

本文介绍如何在驱动程序的C文件中调用ASM文件中导出的汇编函数
引言
    Windows驱动程序使用DDK或者IFSDDK（以下简称DDK）中的Build.exe程序对源文件进行编译和链接，操作时只需启动相应的DDK命令行程序，进入待编译的源文件目录，执行Build命令即可得到.sys文件。
    Build命令实际上是调用了一个nmake程序，nmake程序随后调用cl.exe和link.exe，并指定所有的编译和链接选项，与应用程序不同，程序员在使用build命令时无法对编译链接选项进行修改，从而无法在build命令中干预编译或者链接过程。
    64位平台不再支持内嵌式的汇编代码，为了使驱动程序中仍然可以使用汇编语言，通常的做法是将汇编代码写成独立的函数放入单独的汇编文件中，并对汇编文件进行编译形成obj文件，而后在链接期对所有目标文件（包括驱动C代码的目标文件）进行链接。但是DDK内置的Build程序并不直接支持对汇编文件的编译和链接（也可能我还没有发现这样的方法）。因此需要通过其他手段将汇编代码目标文件和C代码目标文件进行链接。本文讲述的方法是通过修改SOURCE文件和强制指定外部函数调用约定的方式来达到在Windows驱动程序中调用独立汇编函数的目的。
需要注意的问题
1.32位平台和64位平台中调用约定的不同
    32位平台下，驱动程序默认采用__stdcall调用约定，该约定编译生成的函数名均带有后缀@xxx，而汇编代码采用__cdecl调用约定，用汇编器编译生成的函数名并不带后缀，从而导致C代码无法引用汇编文件中的函数(链接器会报错：unresolved external [email protected])。解决这一问题的方法是强制指定调用外部的汇编函数为__cdecl调用约定，即如果在C文件中调用汇编文件中的asm_rng_available函数，声明方式应如下：
    extern int          __cdecl asm_rng_available() ;
强制指定__cdecl调用约定后可以保证C编译器生成的asm_rng_available函数名和汇编文件中生成的函数名是一样的。
    64位体系结构中只有一个本机调用约定和一个__cdecl约定可以被编译器忽略，其他的调用约定都已经被清除，所以64位下的DDK编译器生成的函数名和汇编器生成的函数名是一致的，函数名不会带有后缀，因此不必修改。即如果在C文件中调用汇编文件中的asm_rng_available函数，声明方式如下：
    extern int          asm_rng_available() ;


2.SOURCE文件的修改
    由于Build命令不会自动关联汇编文件的目标文件，为了将编译后的汇编目标文件和C目标文件进行链接，可以在SOURCE文件的TARGETLIBS宏中进行指定。具体方法如下：
    TARGETLIBS=.\instr_32.obj
这样就可以使用Build命令直接对所有目标文件进行链接了。
3.64位和32位中一些系统调用的差异
    64位DDK中的lib库并没有导出KeInitializeSpinLock, KeQueryInterruptTime函数，因此不能直接调用，必须通过MmGetSystemRoutineAddress得到函数的指针，利用函数指针进行调用。
驱动中调用汇编函数
    下面对整个过程进行完整的描述：
    1. 将汇编文件和驱动程序的C文件放在同一个目录下（简称驱动目录）；
    2. 修改SOURCE文件，在SOURCE文件中添加TARGETLIBS = *.obj，其中*表示汇编文件的文件名（不加扩展名）；
    3. 在驱动程序C文件中声明外部汇编文件的函数名，如果是32位体系结构，声明时需强制指定汇编函数为__cdecl调用约定；
    4. 编译汇编文件，在驱动目录下生成obj目标文件（编译器可以采用nasm或者masm）；
    5. 在DDK编译环境下对整个驱动工程执行Build命令，从而生成.sys文件。
OK...

 

因为对于C语言，在vs2005.net环境下可直接进行64位平台的编译，其中注意事项已有许多文章涉及，这里不再复述。

A、而对于汇编语言，首先要注意，必须为纯汇编格式（*.asm文件）或intrinsic指令格式。其次，在64位平台上，不建议使用nasm编译器（我没找到其对于64位编译的相关支持），而建议采用yasm，这个汇编编译器是在nasm的基础上产生的，可以说对nasm的功能兼容，并且支持64位编译，详细地介绍及相关下载见：http://www.tortall.net/projects/yasm/

说明：可以使用Visual Studio中自带的ml64.exe对64位汇编源文件进行编译:

64位驱动中加入汇编代码

示例图:

64位驱动中加入汇编代码

B、x86-64较x86-32多了8个通用寄存器，而且，每个通用寄存器都是64位宽,它们是：
rax,rbx,rcx,rdx,rsi,rdi,rsp,rbp
r8,r9,r10,r11,r12,r13,r14,r15
同时，x86-64全面支持x86-32和x86-16的通用寄存器:
eax,ax,al,ah,
ebx,bx,bl,bh,
但是，在对寄存器进行入/出栈操作时只能对相应的64位寄存器入/出栈，即：
( Instructions that modify the stack (push, pop, call, ret, enter, and leave) are implicitly 64-bit. Their 32-bit counterparts are not available, but their 16-bit counterparts are. Examples in NASM syntax: 
    push eax  ; illegal instruction
    push rbx  ; 1-byte instruction
    push r11  ; 2-byte instruction with REX prefix)

C、关于x64的调用约定：

在设计调用约定时，x64 体系结构利用机会清除了现有 Win32 调用约定（如 __stdcall、__cdecl、__fastcall、_thiscall 等）的混乱。在 Win64 中，只有一个本机调用约定和 __cdecl 之类的修饰符被编译器忽略。除此之外，减少调用约定行为还为可调试性带来了好处。

您需要了解的有关 x64 调用约定的主要内容是：它与 x86 fastcall 约定的相似之处。使用 x64 约定，会将前 4 个整数参数（从左至右）传入指定的 64 位寄存器：

RCX: 1st integer argument第一个参数在RCX寄存器存放
RDX: 2nd integer argument第二个参数在RCX寄存器存放
R8: 3rd integer argument第三个参数在RCX寄存器存放
R9: 4th integer argument第四个参数在RCX寄存器存放

前 4 个以外的整数参数将传递到堆栈。该指针被视为整数参数，因此始终位于 RCX 寄存器内。对于浮点参数，前 4 个参数将传入 XMM0 到 XMM3 的寄存器，后续的浮点参数将放置到线程堆栈上。

更进一步探究调用约定，即使参数可以传入寄存器，编译器仍然可以通过消耗 RSP 寄存器在堆栈上为其预留空间。至少，每个函数必须在堆栈上预留 32 个字节（4 个 64 位值）。该空间允许将传入函数的寄存器轻松地复制到已知的堆栈位置。不要求被调用函数将输入寄存器参数溢出至堆栈，但需要时，堆栈空间预留确保它可以这样做。当然，如果要传递 4 个以上的整数参数，则必须预留相应的额外堆栈空间。

 

让我们看一个示例。请考虑一个将两个整数参数传递给子函数的函数。编译器不仅会将值赋给 RCX 和 RDX，还会从 RSP 堆栈指针寄存器中减去 32 个字节。在被调用函数中，可以在寄存器（RCX 和 RDX）中访问参数。如果被调用代码因其他目的而需要寄存器，可将寄存器复制到预留的 32 字节堆栈区域中。图 6 显示在传递 6 个整数参数之后的寄存器和堆栈。

64位驱动中加入汇编代码

图 6 传递整数

对这里的参数压栈，需要说明的是（对于整形参数）：
1、第四个参数后的参数按顺序反向压栈（8字节）
2、为前四个参数预留的32字节占空间是固定的、预分配的，不用被调用函数的编写者负责，也就是说，不管你是否用到，这部分栈空间都占用了,rsp所指向的位置如上图。
所以对于上面的例子，如果在被调用函数重要访问p5,p6正确的方法是：
mov eax,[esp+32+8];p5
mov ebx,[esp+32+16];p6

 D、一个很特别的寄存器 rip，相当于x86-32的eip.　在x86-32是不可直接访问的，如mov eax,eip是错的，但在x86-64位下却可以，如 mov,rax,qword ptr [rip+100]是对的。而且，它除了是个程序计数器外，也是个“数据基地址”，有此可见，它现在是身兼两职！为什么在x86-64位下要用rip做访问数据的基地址呢？因为，在x86-64下，DS,ES,CS,SS都没有实际意义了，也就是说，它们不再参与地址计算，只是为了兼容x86-32。FS,GS还是参与地址计算，它们两个和x86-32的意义相同。由于DS,ES,CS,SS没有意义了，所以在编译动态库时，符号变量是不允许直接出现在汇编代码中的，而必须与rip一起使用，即
mov rax,[symb wrt rip]或者lea rbx,[symb wrt rip]

参考网页：
AMD64 Architecture ---http://www.tortall.net/projects/yasm/wiki/AMD64
开始进行 64 位 Windows 系统编程之前需要了解的所有信息---http://www.microsoft.com/china/MSDN/library/Windev/64bit/issuesx64.mspx?mfr=true
The history of calling conventions, part 5: amd64---http://blogs.msdn.com/oldnewthing/archive/2004/01/14/58579.aspx


 

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下面给出一个示例代码：

汇编中实现一个加法函数，实现四个参数传入，分别对应上面介结的RCX第一个参数，RDX第二个参数，R8第三个参数，R9第四个参数

x64asm.asm文件名

.code
AddSub proc
push rcx

add rcx,rdx
add rcx,r8
add rcx,r9
mov rax,rcx

pop rcx
ret
AddSub endp
end

 

在驱动中调用汇编代码中提供的加法函数:AddSub

x64AsmDriver.c源文件名

#include <ntddk.h>

extern int AddSub(PVOID, PVOID, PVOID, PVOID);

VOID DriverUnload( IN PDRIVER_OBJECT DriverObject )
{
KdPrint(("DriverUnload OK!\n"));
}

#pragma code_seg("INIT")
NTSTATUS
DriverEntry(
IN PDRIVER_OBJECT DriverObject,
IN PUNICODE_STRING pRegPath
)
{
ULONG32 nResult = 0;
ULONG32 a = 10;
ULONG32 b = 20;
ULONG32 c = 30;
ULONG32 d = 40;

DriverObject->DriverUnload = DriverUnload;

nResult = AddSub(a, b, c, d);
KdPrint(("nResult = %d\n", nResult));

return STATUS_SUCCESS;
}

 

说明:关于驱动Source文件配置:将汇编产生的OBJ文件加到这里TARGETLIBS=.\x64Asm.obj

TARGETNAME=x64AsmDriver
TARGETTYPE=DRIVER
TARGETLIBS=.\x64Asm.obj


SOURCES=x64AsmDriver.c

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