5. Режим smm
Как было уже упомянуто выше, кроме рассмотренных трех основных рабочих режимов работы процессоров семейства Х86, в середине 90-х годов в микропроцессорах Intel и AMD (начиная с модифицированных процессоров класса 486) введен дополнительный специальный режим системного управления SMM (System Management Mode). Этот режим работы независим от программ пользователя и даже самой операционной системы и предназначен для выполнения некоторых автономных действий. Главной его задачей в первое время являлась обеспечение управления энергопотреблением. Однако, в современных процессорах задачей Power Management занимаются специальные блоки (например блок реализующий режим Turbo Boost). Поэтому эта функция для него становится второстепенной.
К возможным применениям SMM можно отнести:
Обработка системных ошибок, таких как ошибки памяти и чипсета
Функции защиты, например выключение процессоров при сильном перегреве
Глубокие уровни энергосбережения
Управление питанием, например, схемами изменения напряжения (VRM)
Эмуляция периферии, которая была не реализована на материнской плате или реализация которой содержит ошибки
Эмуляция мыши и клавиатуры PS/2, при использовании USB-версий устройств
Централизованная конфигурация системы, например, на ноутбуках Toshiba и IBM
Обход системы защиты, встроенных в ОС
Запуск высокопривилегированных руткитов, как было предложено на Black Hat 2008
Эмуляция или передача вызовов на модуль Trusted Platform Module (TRM)
В режим SMM процессор может войти только при поступлении на его вход SMI (System Management Interrupt), сигнала немаскируемого прерывания с наивысшим приоритетом - SMI#, генерируемого специальными схемами системной платы при наступлении контролируемых событий. Процессор подтверждает приход прерывания SMI специальным циклом шины (цикл подтверждения SMI). Обнаружив активный (низкий уровень сигнала) SMI#, процессор завершает исполнение текущей команды и переключается в режим SMM. При переключении в режим SMM, процессор первым делом процессор запоминает состояние почти всех своих регистров (сохраняет свой контекст) в специальной энергонезависимой памяти SMRAM (System Mode RAM), доступ к которой разрешается только при нахождении в режиме SMM.
Режим SMM был разработан для управления такими объектами и событиями в системе, существование которых требовалось «скрыть» от ОС. Поэтому для хранения адреса процедуры обработки аппаратного прерывания SMI не используется ни один из векторов в стандартной таблице векторов, в отличие от всех остальных прерываний. А этот адрес хранится в специальных регистрах процессора. Таким образом, для сохранения и восстановления состояния процессора при обработке прерывания SMI, не используется стандартный стек. Для этого используется память SMRAM, в которой хранятся все данные, необходимые для поддержки SMM.
Процессоры Pentium Pro и все более поздние модели процессоров семейства Х86, могут войти в режим SMM также и при приеме соответствующего сообщения по шине APIC (Advanced Peripheral Interrupt Controller – усовершенствованного контроллера прерываний). Этот контроллер разработан специально для использования в многопроцессорных системах, в которых могут работать процессоры 6 поколения и выше.
Как уже упоминалось, поскольку режим SMM является автономным режимом, при входе в него, после выполнения текущей команды, процессор в специальной энергонезависимой памяти SMRAM (System Management RAM) запоминает свой контекст. В контекст включается состояние практически всех его основных регистров на момент перехода в режим SMM, включая программно-невидимые регистры CR1, CR2 и CR4, а также теневые регистры дескрипторов для CS, DS, ES, FS, GS и SS. Автоматическое сохранение содержимого регистров DR5…DR0, TR7…TR3 и регистров FPU не производится. Память SMRAM представляет память, объемом от 32 Кбайт (минимальный объем) до 4 Гбайт, и начинается она с физического адреса SMBASE (по умолчанию 30000h), значение которого хранится во внутреннем регистре процессора. Кроме области сохранения контекста процессора, она включает в себя область размещения подпрограмм обработки запросов SMI. После сохранения контекста процессор переходит к выполнению обработчика SMI (см. рис.IX.1).
Рис.IX.1. Распределение адресного пространства SMRAM.
Обработчик представляет собой последовательность обычных инструкций, исполняемых процессором в режиме, напоминающем реальный. При входе в режим SMM автоматически запрещаются аппаратные прерывания (и даже немаскируемые), и не генерируются особые случаи, так что действия процессора однозначно определяются программой обработчика SMI (Как правило, процедуры сохранение системы в критических ситуациях, например, при отключении электроэнергии). Программа обработчика завершается инструкцией RSM (Reset system Management), которая выполняется только в режиме SMM. Выполнение команды RSM приводит к восстановлению контекста процессора из образа, хранившегося в SMRAM, т.е. восстановлению регистров процессора, и его переключение в исходный режим. Далее процессор продолжает выполнение прерванной программы.
Иногда предусматриваются и такие действия программы обработчика SMI, как возможность изменения состояния некоторых регистров контекста процессора, после чего, после выхода из режима SMM, запрашивается повторение (рестарт) выполнения инструкции, предшествующей появлению сигнала SMM#, инициирующего переход в режим SMM.
Для более четкого усвоения вышеизложенного, на рисунке IX.2 приведена схема переходов между различными режимами работы процессоров i486+ с указанием сигналов, инициирующих эти переходы.
12
Рис IX.2. Схема переходов между режимами работы процессоров
семейства Х86 и сигналы, инициирующие эти переходы.