[原创]ACPI.sys，从Windows到Bios的桥梁(2)：Windows应用程序响应主板上GPIO(SCI)设备中断软件篇

前篇<ACPI.sys，从Windows到Bios的桥梁(2)：Windows应用程序响应主板上GPIO(SCI)设备中断硬件篇>只完成了硬件部分，本文完成后半部分：在软件层接收和处理来自GPIO的SCI event。前文提到Bios将GPIO事件交由ACPI命名空间\_GPE处理，以软件工程的思维方式响应事件无非2种方式：a.事件接收方如能处理事件，则独自完成事件；b.事件接收方如

Yuri800

2979人浏览 · 2021-03-04 00:45:50

Yuri800 · 2021-03-04 00:45:50 发布

引言

在上一篇<ACPI.sys，从Windows到Bios的桥梁(2)：Windows应用程序响应主板上GPIO(SCI)设备中断硬件篇>只完成了2件事:

1.Bios接收GPIO SCI事件;

2.Bios转发SCI事件到ACPI命名空间\_GPE.Method(_L56)，然后打印日志。

本文将处理从硬件层移至软件层，完成下列2步：

1.Method(_L56)通知ACPI.sys；

2.驱动接收及处理ACPI Notification(MSDN将这类来自BIOS的SCI事件称为ACPI Notification)。以下是实现该目标的步骤：

Step 1.创建承上启下的虚拟设备

设备驱动程序必然依存于某类设备(DeviceNode)，这类设备或真实存在，或虚拟创建。虽然本段的标题写的是创建虚拟设备，但该虚拟设备不同于Winddk Sample中Toast创建的设备----Toast通过IoCreateDevice创建，而是由Bios在ACPI命名空间中创建的设备，希望读者加以区分。
那么这样的虚拟设备该怎么创建？ACPI Spec 5.4节有现成可用的例子！很多OEM厂商为了实现硬件增值功能就会创建这种虚拟设备，比如联想（联想打钱！）ThinkPad的"Lenovo PM Device"就属于此。我们可以借助RW utility查看它的实现:

嗯，大家可以参考ThinkPad，依葫芦画瓢可以写出这样的ASL code，编译进Bios开机过后，就能在设备管理器里找到带黄标的"Unknown Device":

Scope(\_SB) {
    Device(HAND) { #HAND->Han's device
        Name(_HID, EISAID("HAN0000"))

        Method(_STA) {
                Return(0x0B)
        }
    }
}

查看其Hardware ID，和ASL Code中_HID对象指定的值一致:

Step 2.设计测试驱动，解决黄标

到这一步，已经进入到读者熟悉的软件领域，但是工作量仍然不小。

首先来解决黄标问题。根据设备管理器信息可知黄标是由于Bios虚拟的设备没有安装驱动，所以这一步我们用WinDDK sample----Toast来解决黄标问题！我的测试系统是Win10，安装驱动涉及到2个不起眼的方面:

1).需要为驱动包生成.cat文件;

2).为sys/cat签名。没有这2步，驱动没法安装。

2.1.修改Inf文件，使其匹配Bios虚拟的设备

我假设读者熟悉Wdm驱动，所以直接给出能解决黄标问题的inf文件内容:

[Version]
Signature="$CHICAGO$"
Class=System
ClassGuid={4d36e97d-e325-11ce-bfc1-08002be10318}
Provider=%TOS%
CatalogFile=demo.cat
DriverVer=02/23/2021,2.2.0.0

[DestinationDirs]
demoNT.CopyFiles = 12

[Manufacturer]
%HAN%=Demo,NTx86,NTia64,NTamd64

[ControlFlags]
ExcludeFromSelect = *HAN0000

[Demo.NTx86]
%*HAN0000.DeviceDescNTx86%=demo,*HAN0000

[Demo.NTia64]
%*HAN0000.DeviceDescNTia64%=demo,*HAN0000

[Demo.NTamd64]
%*HAN0000.DeviceDescNTamd64%=demo,*HAN0000

[SourceDisksNames]
1=%demo%

[SourceDisksFiles]
demo.SYS = 1

[demo.NT]
CopyFiles=demoNT.CopyFiles

[demo.NT.Services]
AddService=demo,2,demo_Service_Inst

[demo_Service_Inst]
DisplayName    = %demo.SvcDesc%
ServiceType    = 1
StartType      = 0
ErrorControl   = 1
ServiceBinary  = %12%\demo.SYS

[demoNT.CopyFiles]
demo.SYS


[strings]
HAN                        = "HAN Co., Ltd."
demo                      = "demo"
*HAN0000.DeviceDescNTx86   = "Demo x86 ACPI-Compliant Value Added Logical and General Purpose Device"
*HAN0000.DeviceDescNTia64  = "Demo ia64 ACPI-Compliant Value Added Logical and General Purpose Device"
*HAN0000.DeviceDescNTamd64 = "Demo x64 ACPI-Compliant Value Added Logical and General Purpose Device"
demo.SvcDesc              = "Demo ACPI-Based Value Added Logical and General Purpose Device Driver"

2.2.根据Inf文件生成.cat

Inf文件指定要使用的.cat文件为:demo.cat，参考我的这篇博文:为sys/cat文件生成测试签名，即可生成demo.cat

Inf2cat.exe /driver:E:\WinDDk\my_test\objchk_win7_amd64\amd64\ /os:7_x64

2.3.为.cat/.sys签名

参考我的这篇博文:为sys/cat文件生成测试签名，可以生成证书文件并为sys/cat签名:

Signtool sign /a /v /s PrivateCertStore /n Contoso.com(Test) demo.cat
Signtool sign /a /v /s PrivateCertStore /n Contoso.com(Test) demo.sys

命令执行后,在.cat/.sys文件的文件属性页就有"Digital Signatures"标签页：

完成以上步骤，并在OS下开启Test Mode，之后在设备管理器里对"Unknow Device" 安装驱动程序，即可解决黄标问题：

ACPI\HAN0000从Other Device类移到了System Device类，另外，设备描述名也从Unknown Device变为Inf文件中DeviceDesc节指定的字符串：

3.编写驱动,接受ACPI Notification

这一节要分2部分：

1.虚拟设备HAN0000中转SCI到ACPI.sys;

2.驱动程序处理ACPI Notify。

3.1.SCI的中转：进一步完善Bios Method(_L56)的功能，转发SCI到驱动层。

如开头所说，前一篇仅在Method(_L56)中打印日志，仅如此，OS无法获知来自PCH的SCI。参考ACPI Spec 5.6 ACPI Event Programming Model，ASL code还需要执行Notify语句，通知其他设备：

还是以ThinkPad的"Lenovo PM Device"为例，当设备(如EC)发现外部事件触发，同时又需要OS协同配合，此时设备会借道"Lenovo PM Device"这个Bios虚拟设备传话到OS(我怎么觉得它更像是阴阳界的灵媒？)

参考联想的做法，我可以在\_GPE.Method(_L56)中加入下列代码，从而将PCH SCI事件转交给\_SB.HAND。至于\_SB.HAND要做什么？它什么都不用做，躺平就行。因为它属于ACPI驱动，如果Bios层不做处理，驱动程序必须接管处理(官僚主义作风？)，这不就是将控制权转移到软件层了？

External(\_SB.HAND, MethodObj)  
  Method (_L56, 0, Serialized){
    DSTR("l-event _L56");
    Notify(\_SB.HAND,0x9A)
  }

3.2.SCI的处理：完成ACPI驱动

ACPI驱动估计只有OEM厂商的驱动工程师会涉及，所以接下来的内容可能对大家有点陌生，但是我们背靠微软的ACPI driver Spec并结合WinDDK Toast，就能使工作量大大减轻。受限于篇幅，我仅列出用于实现接受ACPI Notification功能的代码。

3.2.1.获得ACPI direct call Interface接口并注册AcpiNotify:

NTSTATUS
DemoAddDevice(__in PDRIVER_OBJECT DriverObject,
			   __in PDEVICE_OBJECT PhysicalDeviceObject
				)
{
    //Phase 1
    PDEVICE_OBJECT	fdo = NULL;
	PDEVICE_OBJECT	lowerDevice = NULL;
	PDemoDATA		demoData;
    
    RtlInitUnicodeString(&NameString, L"\\Device\\demo");
	status = IoCreateDevice (
					DriverObject,			// our driver object
					sizeof (DEMODATA),		// device object extension size
					&NameString,			// FDOs do not have names
					FILE_DEVICE_UNKNOWN,
					0,						// No special characteristics
					FALSE,
					&fdo);

    lowerDevice = IoAttachDeviceToDeviceStack(fdo,PhysicalDeviceObject);
    demoData= fdo->DeviceExtension;
	demoData->DeviceObject = fdo;
	demoData->LowerDeviceObject = lowerDevice;
	demoData->Pdo = PhysicalDeviceObject;

    //Phase 2
    status = GetAcpiInterfaces(demoData);
    RegisterNotifyHandler(demoData);
    KeInitializeSpinLock(&demoData->RetrieveLock);

    //Phase 3
    RtlInitUnicodeString(&DOSNameString, L"\\DosDevices\\demo");
	status = IoCreateSymbolicLink(&DOSNameString, &NameString);
    fdo->Flags &= ~DO_DEVICE_INITIALIZING;
	fdo->Flags |= DO_POWER_PAGABLE;
}

代码片中的Phase 1和Phase 3是常规的Wdm驱动框架；Phase 2则是获得ACPI direct call Interface并注册Notify函数。在微软的ACPI driver Spec<ACPI Driver Interface in Windows Vista>中对ACPI direct call Interface有详尽的介绍：

GetAcpiInterfaces用于获得ACPI direct call Interface：

extern ACPI_INTERFACE_STANDARD	AcpiInterfaces;

NTSTATUS
GetAcpiInterfaces(IN DemoDATA demoData)
{
	KEVENT              event;
	IO_STATUS_BLOCK     ioStatus;
	NTSTATUS            status;
	PIRP                Irp;
	PIO_STACK_LOCATION  irpSp;

	KeInitializeEvent(&event, SynchronizationEvent, FALSE);

	Irp = IoBuildSynchronousFsdRequest(
		IRP_MJ_PNP,
		demoData->LowerDeviceObject,
		NULL,
		0,
		NULL,
		&event,
		&ioStatus
		);

	if (!Irp) {
		return(STATUS_INSUFFICIENT_RESOURCES);
	}

	Irp->IoStatus.Status = STATUS_NOT_SUPPORTED;
	Irp->IoStatus.Information = 0;


	irpSp = IoGetNextIrpStackLocation(Irp);

	irpSp->MajorFunction = IRP_MJ_PNP;
	irpSp->MinorFunction = IRP_MN_QUERY_INTERFACE;
	irpSp->Parameters.QueryInterface.InterfaceType          = (LPGUID) &GUID_ACPI_INTERFACE_STANDARD;
	irpSp->Parameters.QueryInterface.Version                = 1;
	irpSp->Parameters.QueryInterface.Size                   = sizeof (AcpiInterfaces);
	irpSp->Parameters.QueryInterface.Interface              = (PINTERFACE) &AcpiInterfaces;
	irpSp->Parameters.QueryInterface.InterfaceSpecificData  = NULL;

	//
	// send the request down
	//
	status = IoCallDriver(demoData->LowerDeviceObject, Irp);

	return status;
}

AddDevice函数用返回的ACPI direct call Interface(存放在全局变量 ACPI_INTERFACE_STANDARD AcpiInterfaces中)，调用RegisterNotifyHandler来注册ACPI Notification回调函数demoNotifyHandler :

NTSTATUS
RegisterNotifyHandler(IN PDemoData demoData)
{
	NTSTATUS	status;

	status = AcpiInterfaces.RegisterForDeviceNotifications(
				demoData->Pdo,
				demoNotifyHandler,
				AcpiInterfaces.Context
				);


	return status;
}

3.2.2.demoNotifyHandler处理来自Acpi层的Event

一般应用程序才是处理事件的终端，它会以异步等待的方式调用DeviceIoControl等待硬件SCI事件发生：

#define TVALDDRVR_DEVICE_OPEN_NAME   TEXT("\\\\.\\demo")

	hDriver = ::CreateFile(TVALZ_DEVICE_OPEN_NAME,
							GENERIC_READ,
							FILE_SHARE_READ,
							NULL,
							OPEN_EXISTING,
							FILE_ATTRIBUTE_NORMAL |
							FILE_FLAG_OVERLAPPED ,
							NULL);

::DeviceIoControl(m_hDriver, 
    				IOCTL_TVALZ_RETRIEVE_EVENT,
					&iaeInputBuffer, 
					sizeof(iaeInputBuffer),
					&iaeOutputBuffer, 
					sizeof(iaeOutputBuffer),
					&dwReturned, &ol);
if (::GetLastError() == ERROR_IO_PENDING)
{
    dwResult = ::WaitForMultipleObjects(2, hEventArray, FALSE, INFINITE) - WAIT_OBJECT_0;
}

1).当事件没有触发时，IRP进入驱动自定义的IRP Pending队列中。对应的应用程序则阻塞等待;

2).当ACPI Manager接收到来自Bios的SCI事件后，则调用注册的回调函数。此时，驱动程序遍历整个队列，比较队列中Pending IRP!AssociatedIrp.SystemBuffer的值是否和NotifyCode的值相同，如果相同则完成IRP。对应的应用程序被唤醒，进行下一轮Wait/Wake：

#define GPIO_QEVENT_L56			                  0x9a //\_GPE._L56 发出的Notify Code的值为0x9A 

VOID
demoNotifyHandler(IN PVOID Context,
				   IN ULONG ulNotifyValue
				  )
{
	KIRQL				Irql;
	PULONG				pNotification;
	PLIST_RETRIEVE_IRP	pEntry, pNextEntry;
	PIOBUF_ACPI_EVENT	pAcpiEvent;

	UINT64             MsrData64 = 0; //AddNewEvent+
	WORK_QUEUE_ITEM*   turboWorkItem; //AddNewEvent+
	PIRP			   retrieveIrp;

    DebugPrint(-1,(" :     NotifyHandler...Notification=%x\n", ulNotifyValue));

		KeAcquireSpinLock(&RetrieveLock, &Irql);
		if (!IsListEmpty((PLIST_ENTRY)&RetrieveList)) {
			for (pEntry = (PLIST_RETRIEVE_IRP)RetrieveList.ListEntry.Flink; pEntry != &RetrieveList; pEntry = pNextEntry) {
				pNextEntry = (PLIST_RETRIEVE_IRP)pEntry->ListEntry.Flink;
				pAcpiEvent = (PIOBUF_ACPI_EVENT)pEntry->pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;

				if (pAcpiEvent->ulNotifyCode == ulNotifyValue) {
					RemoveEntryList((PLIST_ENTRY)pEntry);
					InsertTailList((PLIST_ENTRY)&CompleteList, (PLIST_ENTRY)pEntry);


					if(ulNotifyValue == GPIO_QEVENT_L56)
					{
						DebugInfo(1,("Demo:receive Q-event _L56\n"));
					}
					else
					{}
//tvalz_AddNewEvent+					
				}
			}
		}
		KeReleaseSpinLock(&RetrieveLock, Irql);

		if (!IsListEmpty((PLIST_ENTRY)&CompleteList)) {
			for (pEntry = (PLIST_RETRIEVE_IRP)CompleteList.ListEntry.Flink; pEntry != &CompleteList; pEntry = pNextEntry) {
				pNextEntry = (PLIST_RETRIEVE_IRP)pEntry->ListEntry.Flink;
				RemoveEntryList((PLIST_ENTRY)pEntry);
				IoSetCancelRoutine(pEntry->pIrp, NULL);

				pAcpiEvent = (PIOBUF_ACPI_EVENT)pEntry->pIrp->AssociatedIrp.SystemBuffer;
				pAcpiEvent->dwStatus = STATUS_SUCCESS;
				pEntry->pIrp->IoStatus.Information = sizeof(PIOBUF_ACPI_EVENT);
				pEntry->pIrp->IoStatus.Status = STATUS_SUCCESS;
				IoCompleteRequest(pEntry->pIrp, IO_NO_INCREMENT);

			}
		}

	TvalzDebug(Tvalz_INFO,("TVALZ : NotifyHandler...end\n"));
}

由于应用程序等待的NotifyCode就是Bios code中Method (_L56) Notify语句抛出的值，因此只要GPIO引脚没接地，回调函数会一直被调用，因此DbgView界面上会输出大量的日志