UEFI开发探索98 – 硬盘访问Diskdump

2024-07-01 07:46| 来源: 网络整理| 查看: 265

(请保留-> 作者: 罗冰 https://blog.csdn.net/luobing4365)

硬盘访问Diskdump 1 UEFI的存储介质访问栈2 编写Diskdump程序2.1 Block I/O简介1）设备信息Media2）读扇区函数ReadBlocks3）写扇区函数WriteBlocks3）更新介质FlushBlocks 2.2 Diskdump编程1）项目中增加对Block I/O的支持2）实现对Block I/O实例的获取3）实现功能 3 测试

之前在CSDN上建了一个专栏，名字为汇编语言探索，准备聊一些用汇编写的小项目。大概写了十几篇关于Foxdisk运行原理的文章，后面还会不定期的写写，特别是最近看到一个俄罗斯程序员用FASM写的KolibriOS，贼有意思了，找时间读一读。

Foxdisk本来是我为自己写的一个多操作系统引导的软件，类似于Grub。核心点在于，在Foxdisk内可以将硬盘分成若干区域，每个区域装一个操作系统，各操作系统间可以通过共享的分区分享数据。而提供的图形界面，比单调的Grub让我舒服些。

这是一个很好的想法，能满足我使用多个操作系统的开发习惯。Foxdisk开发了3代，前两代是纯粹用汇编语言写的，3.0则使用了C语言嵌汇编。再然后，我迷上了UEFI，对于在Legacy BIOS下开发的Foxdisk，就这么抛弃了。

Foxdisk 3.0中，内置了对硬盘分区的功能（相当于Fdisk或spfdisk之类的工具）。实际上，Foxdisk大部分的工作，都是在和硬盘打交道。

进入UEFI后，一直不怎么想去研究硬盘访问。总觉得UEFI本身已经将硬盘访问封装得很好了，没什么必要再去开发分区、格式化之类的软件了。

刚好在近期的项目中，需要在Option ROM中查看某几个扇区的数据。为了比对Option ROM的代码，需要开发一个UEFI小程序，实现类似功能。

1 UEFI的存储介质访问栈

UEFI规范中提供了大量的存储介质Protocol（Media Protocol），甚至包括内存虚拟盘（RAM Disk）都支持了。

Legacy BIOS下是通过Int 0x13进行硬盘访问的，由寄存器AH标识各种功能号，供程序员调用。习惯了这种思维，再看UEFI的访问方式，总是有点别扭。

首先需要找出类似功能的访问接口，UEFI提供了从硬盘协议层的Protocol，一直到文件系统的Protocol，非常完善，其架构如图1所示。图1 UEFI的存储介质访问栈

PassThrough以接近介质访问协议的方式提供接口，包括ATA协议、SCSI协议等，因此能提供相当复杂的操作。

在此之上，UEFI提供了Block I/O和Block I/O 2，可以按扇区（块）读写设备。Block |/O是阻塞操作，Block I/O为异步操作。这一层的操作，类似于Legacy BIOS中的Int 0x13的按扇区访问操作。

Disk I/O和Disk I/O 2可以从任意偏移处读写磁盘，并且可以读写任意字节数，相比于Block I/O和Block I/O 2只能按扇区读写，更为灵活。类似的，Disk I/O是阻塞操作，而Disk I/O 2是异步操作。

再往上所构建的Protocol，是可以操作FAT文件系统的Simple File System和访问文件的File。之前的博客中，使用File Protocol构建了访问文件的读写函数（FileRW.c）。所构建的函数，与C语言库中的fread()、fwrite()等函数类似。

为了实现篇首所说的访问指定扇区的小程序，最合适的是Block I/O，下面介绍编写过程。

2 编写Diskdump程序 2.1 Block I/O简介

与Block I/O Protocol相关的函数及GUID，定义在MdePkg\Include\Protocol\BlockIo.h中。其结构体为：

struct _EFI_BLOCK_IO_PROTOCOL { UINT64 Revision; EFI_BLOCK_IO_MEDIA *Media; EFI_BLOCK_RESET Reset; EFI_BLOCK_READ ReadBlocks; EFI_BLOCK_WRITE WriteBlocks; EFI_BLOCK_FLUSH FlushBlocks; };

它提供了四个接口函数：Reset、ReadBlocks、WriteBlocks和FlushBlocks，以及版本号Revision和介质属性Media。

1）设备信息Media

Media指向设备的结构体EFI_BLOCK_IO_MEDIA，它包含了设备的相关属性信息。其内容如下：

/** Block IO read only mode data and updated only via members of BlockIO **/ typedef struct { /// The curent media Id. If the media changes, this value is changed. UINT32 MediaId; /// TRUE if the media is removable; otherwise, FALSE. BOOLEAN RemovableMedia; /// TRUE if there is a media currently present in the device; /// othersise, FALSE. THis field shows the media present status /// as of the most recent ReadBlocks() or WriteBlocks() call. BOOLEAN MediaPresent; /// TRUE if LBA 0 is the first block of a partition; otherwise /// FALSE. For media with only one partition this would be TRUE. BOOLEAN LogicalPartition; /// TRUE if the media is marked read-only otherwise, FALSE. /// This field shows the read-only status as of the most recent WriteBlocks () call. BOOLEAN ReadOnly; /// TRUE if the WriteBlock () function caches write data. BOOLEAN WriteCaching; /// The intrinsic block size of the device. If the media changes, then /// this field is updated. UINT32 BlockSize; /// Supplies the alignment requirement for any buffer to read or write block(s). UINT32 IoAlign; /// The last logical block address on the device. /// If the media changes, then this field is updated. EFI_LBA LastBlock; /// Only present if EFI_BLOCK_IO_PROTOCOL.Revision is greater than or equal to /// EFI_BLOCK_IO_PROTOCOL_REVISION2. Returns the first LBA is aligned to /// a physical block boundary. EFI_LBA LowestAlignedLba; /// Only present if EFI_BLOCK_IO_PROTOCOL.Revision is greater than or equal to /// EFI_BLOCK_IO_PROTOCOL_REVISION2. Returns the number of logical blocks /// per physical block. UINT32 LogicalBlocksPerPhysicalBlock; /// Only present if EFI_BLOCK_IO_PROTOCOL.Revision is greater than or equal to /// EFI_BLOCK_IO_PROTOCOL_REVISION3. Returns the optimal transfer length /// granularity as a number of logical blocks. UINT32 OptimalTransferLengthGranularity; } EFI_BLOCK_IO_MEDIA;

一般来说，BlockSize是0x200，也即512字节一个扇区（块）。

UEFI完全摒弃了以前CHS的地址模式，直接用LBA地址模式来标志扇区地址。LBA地址从0计算，最后一个地址为LastBlock。

2）读扇区函数ReadBlocks

ReadBlocks用于读取块设备，也即按扇区进行读取，其函数原型如下所示。

/** Read BufferSize bytes from Lba into Buffer. @param This Indicates a pointer to the calling context. @param MediaId Id of the media, changes every time the media is replaced. @param Lba The starting Logical Block Address to read from @param BufferSize Size of Buffer, must be a multiple of device block size. @param Buffer A pointer to the destination buffer for the data. The caller is responsible for either having implicit or explicit ownership of the buffer. @retval EFI_SUCCESS The data was read correctly from the device. @retval EFI_DEVICE_ERROR The device reported an error while performing the read. @retval EFI_NO_MEDIA There is no media in the device. @retval EFI_MEDIA_CHANGED The MediaId does not matched the current device. @retval EFI_BAD_BUFFER_SIZE The Buffer was not a multiple of the block size of the device. @retval EFI_INVALID_PARAMETER The read request contains LBAs that are not valid, or the buffer is not on proper alignment. **/ typedef EFI_STATUS (EFIAPI *EFI_BLOCK_READ)( IN EFI_BLOCK_IO_PROTOCOL *This, // EFI_BLOCK_IO_PROTOCOL实例 IN UINT32 MediaId, //*Media中的MediaID IN EFI_LBA Lba, //读取设备（或分区）的LBA地址 IN UINTN BufferSize, //读取的字节数，为BlockSize整数倍 OUT VOID *Buffer //存储数据的缓冲区 ); 3）写扇区函数WriteBlocks

WriteBlocks用于按快写设备（或扇区），其入口参数与ReadBlocks相同，如下所示：

/** Write BufferSize bytes from Lba into Buffer. @param This Indicates a pointer to the calling context. @param MediaId The media ID that the write request is for. @param Lba The starting logical block address to be written. The caller is responsible for writing to only legitimate locations. @param BufferSize Size of Buffer, must be a multiple of device block size. @param Buffer A pointer to the source buffer for the data. @retval EFI_SUCCESS The data was written correctly to the device. @retval EFI_WRITE_PROTECTED The device can not be written to. @retval EFI_DEVICE_ERROR The device reported an error while performing the write. @retval EFI_NO_MEDIA There is no media in the device. @retval EFI_MEDIA_CHNAGED The MediaId does not matched the current device. @retval EFI_BAD_BUFFER_SIZE The Buffer was not a multiple of the block size of the device. @retval EFI_INVALID_PARAMETER The write request contains LBAs that are not valid, or the buffer is not on proper alignment. **/ typedef EFI_STATUS (EFIAPI *EFI_BLOCK_WRITE)( IN EFI_BLOCK_IO_PROTOCOL *This, // EFI_BLOCK_IO_PROTOCOL实例 IN UINT32 MediaId, //*Media中的MediaID IN EFI_LBA Lba, //读取设备（或分区）的LBA地址 IN UINTN BufferSize, //要写的字节数，为BlockSize整数倍 OUT VOID *Buffer //数据的缓冲区，写往设备（或分区） ); 3）更新介质FlushBlocks

写往设备的数据，在实际写入设备前，函数就会返回EFI_SUCCESS，数据实际上存储在缓存中.此函数将设备缓冲中修改过的数据，全部更新到介质中。其函数原型为：

/** Flush the Block Device. @param This Indicates a pointer to the calling context. @retval EFI_SUCCESS All outstanding data was written to the device @retval EFI_DEVICE_ERROR The device reported an error while writting back the data @retval EFI_NO_MEDIA There is no media in the device. **/ typedef EFI_STATUS (EFIAPI *EFI_BLOCK_FLUSH)( IN EFI_BLOCK_IO_PROTOCOL *This // EFI_BLOCK_IO_PROTOCOL实例 ); 2.2 Diskdump编程

了解了Block I/O的函数接口后，可以进入实质的编程阶段。

所实现的Diskdump程序，主要实现两个功能： 1）获取当前系统下有多少个BlockIo实例，显示每个BlockIo设备的信息； 2）指定BlockIo设备以及其LBA地址，得到扇区数据并显示在屏幕上。

编程步骤如下：

1）项目中增加对Block I/O的支持

添加头文件的包含：

#include

并在INF文件的[Protocols]部分，增加对应的GUID声明：

[Protocols] gEfiSimpleTextInputExProtocolGuid gEfiSimplePointerProtocolGuid gEfiGraphicsOutputProtocolGuid gEfiSimpleFileSystemProtocolGuid gEfiDevicePathProtocolGuid gEfiBlockIoProtocolGuid # add for BlockIO robin 20210824 2）实现对Block I/O实例的获取

实现方法和其他Protocol实例的获取方法一样，如下：

EFI_BLOCK_IO_PROTOCOL* gBlockIoArray[256]; UINTN nBlockIO = 0; EFI_STATUS LocateBlockIO(void) { EFI_STATUS Status; EFI_HANDLE *BlockIOHandleBuffer = NULL; UINTN HandleIndex = 0; UINTN HandleCount = 0; //get the handles which supports Status = gBS->LocateHandleBuffer( ByProtocol, &gEfiBlockIoProtocolGuid, NULL, &HandleCount, &BlockIOHandleBuffer ); if (EFI_ERROR(Status)) return Status; //unsupport nBlockIO = HandleCount; //保存BlockIO数目 if(HandleCount>250) HandleCount = 250; //只支持250个存储设备，应该不大可能有这么多 for (HandleIndex = 0; HandleIndex Status = EFI_SUCCESS; } } if(BlockIOHandleBuffer!=NULL) FreePool(BlockIOHandleBuffer); return Status; } 3）实现功能

具体的实现，在main()函数中。根据不同的命令行参数，来执行相应的动作。实现代码如下：

if(Argc == 1) //列出所有BlockIO设备 { Print(L"BlockIO counts: %d\n",nBlockIO); for(i=0; i if((strcmp("-h",Argv[1])==0) ||(strcmp("-H",Argv[1])==0) || (strcmp("-?",Argv[1])==0)) { Print(L"Syntax: Diskdump x y\n"); Print(L" x: number of BlockIO\n"); Print(L" y: LBA Address\n"); } } else if(Argc == 3) { EFI_STATUS Status; sscanf(Argv[1],"%d",&number); sscanf(Argv[2],"%lld",&rAddress); Print(L"Get data from: BlockIo[%x],LBA-%ld\n",number,rAddress); if(number > (UINT16)nBlockIO) { Print(L"Error: Out of range!\n"); } else { Status = gBlockIoArray[number]->ReadBlocks( gBlockIoArray[number], gBlockIoArray[number]->Media->MediaId, rAddress,512,Buffer); if(EFI_ERROR(Status)) Print(L"%r\n",Status); else { Print(L"--------0--1--2--3--4--5--6--7--8--9--A--B--C--D--E--F-\n"); for(i=0; i WaitKey(); Print(L"--------0--1--2--3--4--5--6--7--8--9--A--B--C--D--E--F-\n"); } Print(L"0x%03x: ",i*16); gST->ConOut->SetAttribute(gST->ConOut,EFI_BACKGROUND_RED|EFI_WHITE); for(j=0; j

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