Delphi驱动开发研究第一篇--实现原理


作者：mickeylan

Delphi能不能开发Windows的驱动程序（这里的驱动程序当然不是指VxD了^_^）一直是广大Delphi fans关注的问题。姑且先不说能或者不能，我们先来看看用Delphi开发驱动程序需要解决哪些技术上问题。
   Delphi的链接器是无法生成Windows内核模式程序的，因此用delphi无法直接生成驱动程序。M$的链接器是可以生成Windows内核模式程序的，那么是否可以用Delphi生成目标文件，然后用M$链接呢？要这么做必须要解决以下的问题：
   Delphi生成的目标文件是OMF格式的，而M$ link虽然声称支持OMF格式的目标文件，但基本无用。最好能将OMF格式转换成COFF格式，EliCZ大侠的OMF2D正好可以解决这个问题。解决了目标格式的问题，一切都OK了吗？远没这么简单。继续之前，让我们先来看一下著名的DDDK吧。
   DDDK（Delphi Driver Development Kit）是The Hacker Defender Project team发布的一个用Delphi开发Windows驱动程序的工具包，目前最新版是0.0.4版。DDDK是将常用的驱动API用Delphi做了层包装放在DDDK单元中，就像下面这样：

unit DDDK;

interface

const
  NtKernel='ntoskrnl.exe';
……
procedure IoCompleteRequest(Irp:PIrp;PriorityBoost:Integer); stdcall;
   ……
implementation
procedure krnlIoCompleteRequest(Irp:PIrp;PriorityBoost:Integer); stdcall; external NtKernel   name 'IoCompleteRequest';

procedure IoCompleteRequest(Irp:PIrp;PriorityBoost:Integer); stdcall;
begin
  krnlIoCompleteRequest(Irp,PriorityBoost);
end;
……

然后在每次链接驱动文件之前，用omf2d对dddk.obj中需要引入的驱动API做以下的处理：
omf2d inc\DDDK.obj /U- /CEIoCompleteRequest=_IoCompleteRequest@8 2>nul将DDDK.obj中的IoCompleteRequest改成_IoCompleteRequest@8，为什么要这样做呢？那是因为诸如ntoskrnl.lib之类的导入库都是coff格式的，coff格式就是这样命名的。完成这步以后就可以调用m$ link将目标文件链接成驱动文件了。
   这样做虽然可以生成正确的驱动文件，但缺点也是明显的。将驱动API用delphi包装，这些用delphi包装的函数不管是否使用都会被链接到最终生成的驱动文件中，这样会增加驱动文件的尺寸，而且通过delphi的封装函数再去调用驱动API效率也会受影响，还有就是每次链接前都要用omf2d inc\DDDK.obj /U- /CEIoCompleteRequest=_IoCompleteRequest@8去转换delphi的目标文件，既麻烦又容易出错。有没有更好的办法呢？
   omf2d的工作就是将delphi的命名方法转换成coff的_xxxxxxx@xx格式，默认omf2d会去掉前导下划线和@xx后缀，可以用/U_*开关让omf2d不删除前导下划线，如果我们再有没有@xx后缀的导入库，那问题就简单多了。但m$并没有提供没有@xx后缀的导入库，那就让我们自己做一个吧^_^，其实很简单，比如我们要生成hal.dll的导入库，只需要编辑一个如下内容的hal.def文件：
LIBRARY    HAL.DLL

EXPORTS
   ExAcquireFastMutex  
   ExReleaseFastMutex  
   ExTryToAcquireFastMutex  
   HalAcquireDisplayOwnership  
   HalAdjustResourceList  
   HalAllProcessorsStarted
   ……

然后用LINK /LIB /MACHINE:IX86 /DEF:hal.def /OUT:hal.lib命令就可以生成我们需要的没有@xx后缀的导入库文件了。有了这个文件，再加上本人开发的rmcoff工具，事情就好办多了。下面就让我们开始用delphi来开发一个简单的驱动程序beeper吧。
   这个驱动程序是从Four-F的KmdKit里的beeper转换过来的，程序的目标就是通过访问端口让PC的扬声器发声，程序通过三种方法让扬声器发声，一种是直接访问端口，一种是调用hal.dll的READ_PORT_UCHAR和WRITE_PORT_UCHAR访问端口，第三种方法则是调用hal.dll的HalMakeBeep函数。
unit beeper;

interface

uses windows, DDDK, hal;

function _DriverEntry(DriverObject:PDriverObject;RegistryPath:PUnicodeString):NTSTATUS; stdcall;

implementation

const
   TIMER_FREQUENCY:DWORD = 1193167;    {1,193,167 Hz}
   OCTAVE:DWORD    = 2;    {octave multiplier}
   PITCH_C:DWORD    = 523;    {C    -    523,25 Hz}
   PITCH_Cs:DWORD    = 554;    {C#    -    554,37 Hz}
   PITCH_D:DWORD    = 587;    {D    -    587,33 Hz}
   PITCH_Ds:DWORD    = 622;    {D#    -    622,25 Hz}
   PITCH_E:DWORD    = 659;    {E    -    659,25 Hz}
   PITCH_F:DWORD    = 698;    {F    -    698,46 Hz}
   PITCH_Fs:DWORD    = 740;    {F#    -    739,99 Hz}
   PITCH_G:DWORD    = 784;    {G    -    783,99 Hz}
   PITCH_Gs:DWORD    = 831;    {G#    -    830,61 Hz}
   PITCH_A:DWORD    = 880;    {A    -    880,00 Hz}
   PITCH_As:DWORD    = 988;    {B    -    987,77 Hz}
   PITCH_H:DWORD    = 1047;    {H    - 1046,50 Hz}
   { We are going to play c-major chord }

   DELAY:DWORD    = $18000000;    {for my ~800mHz box}

   TONE_1:DWORD    = 1141;
   TONE_2:DWORD    = 905;
   TONE_3:DWORD    = 1568;    {for HalMakeBeep}

   STATUS_DEVICE_CONFIGURATION_ERROR:DWORD =    $00C0000182;

procedure MakeBeep1(dwPitch: DWORD); stdcall; assembler;
asm
   cli
   mov al, 10110110b
   out 43h, al
   mov eax, dwPitch
   out 42h, al
   mov al, ah
   out 42h, al
   {Turn speaker ON}
   in al, 61h
   or    al, 11b
   out 61h, al
   sti
   push eax
   mov eax, DELAY
@@1:
   dec eax
   jnz @@1
   pop eax
   cli
   {Turn speaker OFF}
   in al, 61h
   and al, 11111100b
   out 61h, al

   sti
end;

procedure MakeBeep2(dwPitch: DWORD); stdcall;
var
   dwPort, i: DWORD;
begin
   asm
   cli;
   end;
   WRITE_PORT_UCHAR(PUCHAR($43), $b6);
   WRITE_PORT_UCHAR(PUCHAR($42), dwPitch and $FF);
   WRITE_PORT_UCHAR(PUCHAR($42), ((dwPitch shr 8) and $FF));
   dwPort := READ_PORT_UCHAR(PUCHAR($61));
   dwPort := dwPort or 3;
   WRITE_PORT_UCHAR(PUCHAR($61), dwPort);
   asm
   sti
   end;
   for i := 1 to DELAY do
   begin
   end;
   asm
   cli
   end;
   { Turn speaker OFF }
   dwPort := READ_PORT_UCHAR(PUCHAR($61));
   dwPort := dwPort and $FC;
   WRITE_PORT_UCHAR(PUCHAR($61), dwPort);
   asm
   sti
   end;
end;

function _DriverEntry(DriverObject:PDriverObject;RegistryPath:PUnicodeString):NTSTATUS; stdcall;
var
   i: integer;
begin
   MakeBeep1(TONE_1);
   MakeBeep2(TONE_2);
   HalMakeBeep(TONE_3);

   for i := 1 to DELAY do
   begin
   end;
   HalMakeBeep(0);
   Result := STATUS_DEVICE_CONFIGURATION_ERROR;
end;

end.


unit hal;

interface

uses
   Windows;

const
   NtHal = 'hal.dll';

function HalMakeBeep(Frequency: ULONG):BOOLEAN; stdcall;
function READ_PORT_UCHAR(Port:PUCHAR):UCHAR; stdcall;
procedure WRITE_PORT_UCHAR(Port: PUCHAR; Value: UCHAR); stdcall;

implementation

function HalMakeBeep(Frequency: ULONG):BOOLEAN; stdcall; external NtHal name '_HalMakeBeep';
function READ_PORT_UCHAR(Port:PUCHAR):UCHAR; stdcall; external NtHal name '_READ_PORT_UCHAR';
procedure WRITE_PORT_UCHAR(Port: PUCHAR; Value: UCHAR); stdcall; external NtHal name '_WRITE_PORT_UCHAR';

end.

1.    用dcc32 –U ..\include -B -CG -JP -$A-,C-,D-,G-,H-,I-,L-,P-,V-,W+,Y- beeper.pas生成目标文件（此处的..\inc是我保存相关delphi单元文件的目录，你的可能不是这个目录哟）
2.    用rmcoff beeper.obj 处理delphi目标文件的相关符号并将目标文件从OMF格式转换成COFF格式，使其能被m$ link链接
3.    用link /NOLOGO /ALIGN:32 /BASE:0x10000 /SUBSYSTEM:NATIVE /DRIVER /ENTRY:DriverEntry ..\lib\hal.lib beeper.obj /OUT:beeper.sys生成最终的驱动文件。执行完以上的步骤，在你的目录下就会生成一个beeper.sys文件了。把它拷贝到KmdKit的beeper目录中，用它的SCP文件加载，PC的喇叭果然发出的清脆的声音，证明我们的delphi驱动是正确的。用此种方法生成的beeper.sys只有1376字节，只比用KmdKit的汇编代码的beeper.sys大几百个字节，而用DDDK生成的beeper.sys则要超过3K。
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